występowanie, właściwości krzemu ważniejsze związki krzemu Węglowce – krzem występowanie, właściwości krzemu ważniejsze związki krzemu

Krzem – występowanie Krzem w przyrodzie występuje wyłącznie w postaci związanej, główne minerały: krzemiany, glinokrzemiany [skalenie (ortoklaz, albit, anoryt), miki (muskowit, biotyt)], tlenek krzemu [krzemionka, kwarc – kryształ górski bezbarwny, ametyst (filetowy), opale, agaty] Minerały krzemu wchodzą w skład wielu skał: granit, bazalt, piaskowiec, piaskowiec, skały luźne jako produkty wietrzenia skał piasek, glina K2O.Al2O3.6H2O + H2O + CO2  Al2O3.2SiO2.2H2O + K2CO3 + 4SiO2

Krzem – odmiany kwarcu Kryształ górski Ametyst

Krzem – odmiany kwarcu Opal Agat

Krzem – właściwości fizyczne i otrzymywanie Właściwości fizyczne: ciało stałe, krystaliczne, twardy ale kruchy, barwy szarej z metalicznym połyskiem, gęstości większej od gęstości wody, jest półprzewodnikiem Krzem w związkach występuje na stopniach utlenienia +II i +IV, Otrzymywanie: redukcja krzemionki węglem lub magnezem (glinem): SiO2 + 2C  Si + 2CO SiO2 + 2Mg  Si + 2MgO 3SiO2 + 2Al  3Si + 2Al2O3 Termiczny rozkład trichloromonosilanu (SiHCl3)

Krzem

Krzem – właściwości chemiczne Krzem jest pierwiastkiem o małej aktywności: 1. Reakcja z fluorem (temp. pokojowa) Si + 2F2  SiF4(g) 2. W stanie stopionym (1410oC) reaguje z pozostałymi fluorowcami, siarką, azotem oraz stopionymi metalami, z tlenem (ok. 400oC) Si + O2  SiO2 3. Krzem nie reaguje z wodą i kwasami (reaguje z mieszaniną (HNO3 + HF(aq) )

Krzem – właściwości chemiczne - cd 4. Reakcje krzemu z roztworami wodorotlenków litowców z wydzieleniem wodoru Si + 2KOH + H2O K2SiO3 + 2H2 Si + 2OH- + H2O  SiO32- + 2H2 5. Reakcje z wodorem – tworzy związki binarne - krzemowodory (silany) np. monosilan SiH4, jednak związki te mają odmienne właściwości niż węglowodory

Krzem – właściwości chemiczne - cd Silany - cd: różnice we właściwościach silanów i węglowodorów wynikają z polaryzacji wiązania z atomem wodoru, w przypadku węglowodorów uwspólniona para elektronowa jest przesunięta w kierunku atomu węgla, natomiast w silanach w kierunku atomu wodoru, stąd mniejsza trwałość i większa reaktywność chemiczna silanów, które reagują z wodą: SiH4 + 3H2O H2SiO3 + 4H2

Krzem – ważniejsze związki Tlenek krzemu(IV) – SiO2: jest układem polimerycznym o wzorze (SiO2)n, o budowie krystalicznej – tworzy kryształy jonowe, komórka elementarna kryształu ma formę tetraedru, twarde, ale kruche, nierozpuszczalne w wodzie Tlenek o właściwościach kwasowych, wchodzi w reakcje z mocnymi zasadami litowców, powstają sole – metakrzemiany(IV) lub ortokrzemiany(IV) SiO2 + 2NaOH  Na2SiO3 + H2O SiO2 + 4NaOH  Na4SiO4 + 2H2O

Krzem – ważniejsze związki - cd Krzemiany: otrzymuje się w reakcji SiO2 z roztworami wodorotlenków litowców lub w procesie stapiania ich z tlenkiem krzemu, krzemiany litowców, są rozpuszczalne w wodzie SiO2 + Na2CO3  Na2SiO3(s) + CO2 Stężone roztwory metakrzemianu sodu lub potasu – szkło wodne (woda szklana) stosuje się jako dodatek do betonów (izolacje przeciwwodne), do impregnacji przeciwogniowej tkanin i drewna, do produkcji smarów

Krzem – ważniejsze związki - cd Krzemiany litowców: w roztworach wodnych ulegają hydrolizie anionowej, produktem jest mieszanina kwasów krzemowych nie rozpuszczalnych w wodzie: SiO32- + 2H2O  H2SiO3 + 2OH- SiO32- + 3H2O  H4SiO4 + 2OH- Kwasy metakrzemowy i ortokrzemowy ulegają kondensacji z wydzieleniem cząsteczki wody, powstają kwasy polikrzemowe: 2H2SiO3  H2Si2O5 + H2O 2H4SiO4  H6Si2O7 + H2O 3H4SiO4  H8Si3O10 + 2H2O

Krzem – ważniejsze związki - cd Kwasy krzemowe – otrzymywanie: Na2SiO3 + 2HCl  H2SiO3 + 2NaCl K2SiO3 + H2SO4  H2SiO3 + Na2SO4 Na2SiO3 + H2O + CO2  H2SiO3 + Na2CO3 H2SiO3 + H2O  H4SiO4 Kwasy krzemowe są praktycznie nierozpuszczalne w wodzie, są bardzo słabymi elektrolitami, słabszymi niż kwas węglowy

Krzem – ważniejsze związki - cd Czterofluorek krzemu – SiF4: gaz toksyczny, bezbarwny, o nieprzyjemnej drażniącej woni otrzymuje się w reakcji kwarcu z kwasem HF (H2F2), lub w reakcji krzemianu z fluorowodorem SiO2 + 4HF  SiF4 + 2H2O CaSiO3 + 6HF  SiF4 + CaF2 + 3H2O Powyższe reakcje wykorzystuje się do trawienia szkła i porcelany Hydroliza SiF4 : SiF4 + (n+2)H2O  SiO2.nH2O + 4HF Reakcja jest stosowane do impregnacji przeciwogniowych tkanin i drewna.

Zastosowanie krzemu i jego związków Zastosowanie krzemu: jako półprzewodnik nieelektronowy stosowany jest do produkcji diod, triod, tranzystorów, baterii słonecznych, dodatek do produkcji stali kwasoodpornej, kryształy kwarcu mają właściwości piezoelektryczne, pod naciskiem następuje naładowanie elektryczne (zapalniczki) Zastosowanie krzemionki: produkcja cementu, szkła, waty szklanej do izolacji termicznej, światłowody, szkło kwarcowe Glinokrzemiany i kaolin: ceramika budowlana wyroby garncarskie i ceglarskie, porcelana, fajans, kamionka Silany: impregnowanie tkanin, powłoki ochronne, produkcja olejów i smarów, lakierów, środków wodoodpornych, implanty kosmetyczne, środki polerujące