Кремний и его соединения
презентация к уроку по химии (9 класс)

Слайд 1

Слайд 2

Распространенность в природе Содержание кремния в земной коре составляет 27,6 %. Кремний по распространенности второй элемент после кислорода. В свободном состоянии он не встречается, образует диоксид кремния (песок, кварц) и различные силикаты (гранит, слюда, полевой шпат). Кремний является основой неживой природы. Земная кора состоит преимущественно из силикатных пород

Слайд 3

Строение атома Для кремния характерны степени окисления +4, 0, -4, наиболее устойчива степень окисления +4. Для кремния, как и для углерода, характерна sp 3 -гибридизация.В отличие от углерода, за счет свободных d- орбиталей , кремний может дополнительно образовывать две связи по донорно-акцепторному механизму. Кремний существует в виде трех изотопов: 28 Si, 29 Si и 30 Si. Самый распространенным является изотоп кремния 28 Si, на его долю приходится 90%.

Слайд 4

Аллотропия Основная форма – алмазоподобная модификация. Подобно алмазу, кристаллический кремний – темно-серого цвета, тугоплавкое вещество ( t пл . = 1480 о С ). Но в отличие от алмаза он имеет металлический блеск и полупроводниковые свойства, хрупок. По внешнему виду похож на металл. Аморфный кремний – бурый порошок, не имеет определенной T пл. . Химически более активен.

Слайд 5

Получение кремния Кристаллический кремний получают из кремнезема (SiО 2 ) восстановлением коксом в дуговых электрических печах: SiО 2 + 2С = Si + 2СО

Слайд 6

Получение кремния При восстановлении кремнезема магнием или другими сильными восстановителями получают кремний в виде аморфного порошка: SiО 2 + 2Мg = Si + 2МgО Химически чистый кремний для полупроводниковой техники получают восстановлением SiС I 4 водородом или термическим разложением SiН 4 : SiН 4 = Si + 2Н 2

Слайд 7

Химические свойства кремния Кристаллический кремний – химически инертное вещество, а аморфный кремний характеризуется более высокой активностью. При повышенных температурах кремний взаимодействует с неметаллами : Si + 2С I 2 = SiС I 4 ( 400 о С ) Si + 2F 2 = SiF 4 Si + О 2 = SiО 2 ( 600 о С ) Si + С = SiС ( 2000 о С ) SiС – карборунд - твердое, тугоплавкое вещество. Кристаллическая решетка аналогична решетке алмаза. Но так как связь Si –С слабее, чем С–С, то карборунд имеет меньшую твердость чем алмаз. Он является полупроводником С водородом кремний не взаимодействует.

Слайд 8

Химические свойства кремния Взаимодействие с металлами : Кремний растворяется в некоторых расплавленных металлах ( Zn , Al , Sn , Рb ) не взаимодействуя с ними. С некоторыми расплавленными металлами взаимодействует ( Мg , Сu , Fе ), образуя силициды металлов: Si + 2Мg = Мg 2 Si

Слайд 9

Химические свойства кремния Кислоты на кремний при обычных условиях не действуют, за исключением плавиковой кислоты или смеси азотной и плавиковой кислот: Si + 6НF + 4НNО 3 = Н 2 [SiF 6 ] + 4NО 2 + 4Н 2 О Кремний не растворяется в воде, но хорошо растворяется в водных растворах щелочей: Si + 2NаОН + Н 2 О = Nа 2 SiО 3 + 2Н 2 ↑

Слайд 10

Свойства соединений кремния

Слайд 11

Водородные соединения С водородом кремний не взаимодействует . Соединения кремния с водородом ( кремневодороды или силаны ) образуются при действии разбавленной соляной кислоты на силициды металлов: Мg 2 Si + 4 НС I = 2МgС I 2 + SiН 4

Слайд 12

По составу и структурным формулам кремневодороды аналогичны угле- водородам (SiН 4 , Si 2 Н 6 , Si 3 Н 8 и т.д.). Силаны мало устойчивы по сравнению с углеводородами, так как весьма реакционноспособны и являются сильными восстановителями . С увеличением числа атомов кремния в молекуле устойчивость силанов уменьшается. Они обладают характерным запахом и очень ядовиты.

Слайд 13

Моносилан SiH 4 C амовоспламеняется на воздухе : SiН 4 + 2О 2 = SiО 2 + 2Н 2 О Реагирует с водой при комнатной температуре: SiН 4 + 2Н 2 О = SiО 2 + 4 Н 2 легко взаимодействует с растворами щелочей: SiН 4 + 2NаОН + Н 2 О = Nа 2 SiО 3 + 4Н 2

Слайд 14

Оксиды кремния

Слайд 15

Оксид кремния(II ) - SiО в природе не встречается, получается при восстановлении кремнезема : SiО 2 + Si = 2SiО SiО 2 + С = SiО + СО SiО – желтовато-коричневое вещество, медленно окисляется на воздухе: 2SiО + О 2 = 2SiО 2 легко растворяется в водных растворах щелочей: SiО + 2 NаОН = Nа 2 SiО 3 + Н 2 SiО – " монокс " применяют для изготовления красок, в качестве изоляционного материала, а также для фильтрования воздуха (задерживает микробы ).

Слайд 16

Оксид кремния(IV) – SiО 2 В природе кремнезем встречается в кристаллическом состоянии (различные разновидности кварца) и в аморфном состоянии (трепел или инфузорная земля – пористая мелкозернистая масса, образованная из остатков мелких организмов). Из мелких зерен кварца состоит обыкновенный песок. Желтоватый или красноватый цвет песка свидетельствует о наличии в нем соединений железа. Прозрачная бесцветная разновидность кварца называется горным хрусталем, а окрашенная в фиолетовый цвет – аметистом.

Слайд 17

Оксид кремния(IV) – SiО 2 1. кислотный оксид SiО 2 – бесцветное твердое вещество, нерастворимое в воде и кислотах ( кроме НF ). SiО 2 + 4 НF = SiF 4 + 2 Н 2 О SiF 4 + 2 НF = Н 2 [SiF 6 ] 2. Мелко раздробленный SiО 2 легко растворяется в кипящих водных рас- творах щелочей: SiО 2 + 2NаОН = Nа 2 SiО 3 + Н 2 О

Слайд 18

Оксид кремния(IV) – SiО 2 3. При сплавлении со щелочами, оксидами металлов или карбонатами SiО 2 образует силикаты, соли кремневой кислоты : SiО 2 + МgО = МgSiО 3 SiО 2 + СаСО 3 = СаSiО 3 + СО 2 ↑

Слайд 19

Кремниевые кислоты и их соли.

Слайд 20

Кремниевая кислота Кремниевую кислоту Н 2 SiО 3 получают косвенным путем, так как SiО 2 нерастворим в воде: Nа 2 SiО 3 + 2НС I = Н 2 SiО 3 ↓ + 2NаС I

Слайд 21

В зависимости от концентрации взятых растворов , кремниевая кислота выделяется из раствора в виде студенистого осадка или остается в растворе в коллоидном состоянии. Кремниевая кислота хSiО 2 · yН 2 О содержит большое количество воды. Кислоты со значением х >1 называются поликремниевыми , например, 2SiО 2 ·Н 2 О или Н 2 Si 2 О 5 – двуметакремниевая кислота. При х = у = 1 образуется метакремниевая кислота Н 2 SiО 3 , при х =1, у =2 образуется ортокремниевая кислота Н 4 SiО 4 или SiО 2 · 2Н 2 О.

Слайд 22

Все кремниевые кислоты – слабые кислоты. Поэтому кремневые кислоты выпадают в осадок при действии СО 2 на растворы силикатов: Nа 2 SiО 3 + СО 2 + Н 2 О = Н 2 SiО 3 + Nа 2 СО 3 Это является одной из причин разрушения силикатов в природе. Соли кремниевой кислоты подвергаются гидролизу, растворы солей имеют щелочную реакцию: Nа 2 SiО 3 + Н 2 О <=> NаНSiО 3 + NаОН

Слайд 23

силикагель При нагревании кремниевая кислота хSiО 2 · yН 2 О постепенно теряет воду, а при прокаливании превращается в оксид кремния (IV). Частично обезвоженная студнеобразная кремниевая кислота – твердая, белая, очень пористая масса, обладающая большой адсорбционной способностью, носит название силикагель .

Слайд 24

Поверхность силикагеля состоит из полярных частиц, т.е . она гидрофильна и поэтому энергично адсорбирует воду и слабо адсорбирует неполярные жидкости (углеводороды, эфиры, масла и т. д .). Силикагель поглощает вещества из растворов с органическим растворителем. Поэтому он применяется в промышленности для улавливания некоторых газов , водяных паров при очистке нефти, керосина, а также как катализатор .

Слайд 25

Разновидности стекла

Слайд 26

1. При сплавлении кремнезема со щелочами получаются силикаты в виде стеклообразной массы, хорошо растворимые в воде. Поэтому силикат натрия называют растворимым стеклом . 2. Водный раствор Nа 2 SiО 3 , называемый еще и жидким стеклом , применяется для пропитки тканей и дерева, которым придает огнеупорность, для изготовления огнезащитных красок по дереву, как клеящий материал и т.д.

Слайд 27

В промышленности Nа 2 SiО 3 получают сплавлением песка с содой или со смесью сульфата натрия и угля: Nа 2 СО 3 + SiО 2 = Nа 2 SiО 3 + СО 2 ↑ 2Nа 2 SО 4 +2SiО 2 +С = 2Nа 2 SiО 3 +2SО 2 ↑ + + СО 2 ↑

Слайд 28

Обыкновенное стекло (оконное)

Слайд 29

Обыкновенное стекло (оконное) получают путем сплавления кремнезема с известняком и содой: Nа 2 СО 3 + СаСО 3 + 6SiО 2 = = Nа 2 О · СаО · 6SiО 2 + 2СО 2 ↑

Слайд 30

В зависимости от химического состава стекла, получают стекла с самыми разнообразными свойствами. При замене соды Nа 2 СО 3 на поташ К 2 СО 3 получают тугоплавкое стекло , которое применяют для изготовления химической посуды. Хрустальное стекло содержит оксид свинца РbО , обладает высоким коэффициентом преломления света и применяется для изготовления художественной посуды. Стекло с большим содержанием бора, алюминия, мышьяка и калия называют пирекс стеклом и применяют для изготовления высококачественной химической посуды.

Слайд 31

Кварцевое стекло получают плавлением кварца SiО 2 в электрических печах. Кварцевое стекло имеет незначительный коэффициент теплового расширения и поэтому выдерживает резкое изменение температур. Оно хорошо пропускает ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, в то время как обычное стекло пропускает около 1 % ультрафиолетовых лучей. На этом основано применение кварцевого стекла для изготовления ртутных ламп, используемых в медицине в качестве источников ультрафиолетового излучения.

Слайд 32

С помощью различных добавок стеклу придается определенный цвет. Так, например, добавление при плавлении СоО придает стеклу синюю окраску, Сu 2 О – красную, Cr 2 О 3 – ярко-зеленую и т.д.

Слайд 33

На основе обычного стекла получают различные технические материалы: стеклянную вату; пеностекло с низкой звукопроводимостью и хорошими теплоизоляционными свойствами; сверхпрочное стекло и высокопрочную стеклянную ткань, используемую для изготовления спецодежды. Материалы из кварцевого волокна выдерживают температуру выше 1000 о С в окислительной атмосфере, сохраняя при этом прочность и эластичность.

Слайд 34

ПРИМЕНЕНИЕ КРЕМНИЯ И ЕГО СОЕДИНЕНИЙ

Слайд 35

1 . Кремний – важнейший полупроводниковый материал. 2. Для получения различных стекол и цеолитов. Цеолиты применяют в качестве селективных адсорбентов в процессах глубокой осушки и очистки газов и различных органических жидкостей. Цеолиты находят широкое применение и в водоочистке. 3. Природные глины служат исходным сырьем для производства керамических изделий и цемента. 4. Все большее значение приобретают кремнийорганические материалы. Из кремнийорганических соединений получают различные каучукоподобные полимеры, выдерживающие длительное нагревание до 250 о С и сохраняющие эластичность даже при –60 о С ; высокопрочные клеи и огнеупорные лаки и краски; водоотталкивающие вещества, для пропитки тканей; пластмассы, пригодные для изготовления протезов, работающих внутри человеческого организма и т. д.

Слайд 36

По содержанию в организме человека кремний относится к микроэлементам (10 -3 %). Больше всего кремния в печени, надпочечниках, волосах и хрусталике. Так как природный диоксид кремния плохо растворим в воде, то в организм человека он попадает в большей степени через легкие в виде пылеобразного SiО 2 , а не через пищеварительный тракт. Кремнезем SiО 2 входит в состав растительных (диатомовые водоросли, хвощ) и животных (кремневые губки, радиолярии) организмов, отвечая за образование твердых скелетных частей и тканей. Может оказывать вредное биологическое действие на человека: вызывает заболевание силикоз (поражение дыхательных органов мелкодисперсной пылью SiО 2 ) и образование камней в почках, поджелудочной железе. С нарушением обмена кремния связывают возникновение гипертонии, ревматизма, язвы, малокровия.