Shenja kimike e silikonit është Si, pesha atomike 28.086, ngarkesa bërthamore +14. , si dhe, ndodhet në nëngrupin kryesor të grupit IV, në periudhën e tretë. Analogshtë analoge me karbonin. Konfigurimi elektronik i shtresave elektronike të atomit të silicit është ls 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2. Struktura e shtresës së jashtme të elektronit

Struktura e shtresës së jashtme të elektronit është e ngjashme me atë të një atomi karboni.
ndodh në formën e dy modifikimeve alotropike - amorfe dhe kristaline.
Amorf - një pluhur kafe me aktivitet kimik pak më të lartë se kristalor. Reagon me fluorin në temperatura të zakonshme:
Si + 2F2 \u003d SiF4 në 400 ° - me oksigjen
Si + O2 \u003d SiO2
në shkrirje - me metale:
2Mg + Si \u003d Mg2Si
Silici kristalor është një substancë e fortë, e brishtë dhe me shkëlqim metalik. Ka përçueshmëri të mirë termike dhe elektrike, tretet lehtë në metalet e shkrirë, duke u formuar. Një aliazh i silicit me alumin quhet silumin, një aliazh i silicit me hekur quhet ferrosilic. Dendësia e silicit është 2.4. Pika e shkrirjes 1415 °, pika e vlimit 2360 °. Silici kristalor është një substancë mjaft inerte dhe vështirë se hyn në reaksione kimike. Silici nuk reagon me acidet, megjithë vetitë e tij të dukshme metalike, por reagon me alkalet, duke formuar kripëra të acidit silicik dhe:
Si + 2KOH + H2O \u003d K2SiO2 + 2H2

■ 36. Cila është ngjashmëria dhe cili është ndryshimi midis strukturave elektronike të atomeve të silicit dhe karbonit?
37. Si të shpjegojmë, nga këndvështrimi i strukturës elektronike të atomit të silikonit, pse vetitë metalike janë më karakteristike për silicin sesa karboni?
38. Renditni vetitë kimike të silicit.

Silic në natyrë. Silicë

Silici është i përhapur në natyrë. Rreth 25% e kores së tokës është silic. Një pjesë e konsiderueshme e silicit natyror përfaqësohet nga dioksidi i silikonit SiO2. Në një gjendje kristaline shumë të pastër, dioksidi i silikonit ndodh në formën e një minerali të quajtur kristal shkëmbi. Dioksidi i silikonit dhe dioksidi i karbonit janë kimikisht të ngjashëm, por dioksidi i karbonit është një gaz dhe dioksidi i silikonit është një lëndë e ngurtë. Në ndryshim nga rrjeta kristalore molekulare e CO2, dioksidi i silikonit SiO2 kristalizohet në formën e një rrjete kristali atomik, secila qelizë e së cilës është një katërkëndësh me një atom silici në qendër dhe atome oksigjeni në qoshet. Kjo për faktin se atomi i silikonit ka një rreze më të madhe se atomi i karbonit, dhe jo 2, por 4 atome oksigjeni mund të vendosen rreth tij. Dallimi në strukturën e rrjetës kristalore shpjegon ndryshimin në vetitë e këtyre substancave. Në fig. 69 tregon pamjen e një kristali të kuarcit natyror, të përbërë nga dioksid silici të pastër, dhe formulën e tij strukturore.

Figura: 60. Formula strukturore e dioksidit të silikonit (a) dhe kristaleve natyrale të kuarcit (b)

Silicë kristaline më së shpeshti gjendet në formën e rërës, e cila është e bardhë nëse nuk është e ndotur me papastërti të verdhë argjile. Përveç rërës, dioksidi i silicit shpesh gjendet në formën e një minerali shumë të fortë të quajtur silic (dioksid silici i hidratuar). Dioksidi i silikonit kristalor, i ngjyrosur me papastërti të ndryshme, formon gurë të çmuar dhe gjysëm të çmuar - agat, ametist, diaspër. Dioksidi i silicit pothuajse i pastër gjendet gjithashtu në formën e kuarcit dhe kuarcitit. Dioksid silici i lirë në koren e tokës është 12%, në përbërjen e shkëmbinjve të ndryshëm - rreth 43%. Në total, më shumë se 50% e kores së tokës përbëhet nga dioksidi i silikonit.
Silici është pjesë e një shumëllojshmërie të gjerë gurësh dhe mineralesh - argjila, granite, syenite, mikas, feldspate, etj.

Dioksid karboni i ngurtë, pa shkrirje, lartësohet në -78,5 °. Pika e shkrirjes së dioksidit të silikonit është rreth 1.713 °. Veryshtë shumë i fortë. Dendësia 2.65. Koeficienti i zgjerimit të dioksidit të silikonit është shumë i vogël. Kjo është shumë e rëndësishme kur përdorni enë gatimi prej qelqi kuarci. Dioksidi i silikonit nuk tretet në ujë dhe nuk reagon me të, pavarësisht nga fakti se është një oksid acid dhe i përgjigjet acidit silicik H2SiO3. Dioksidi i karbonit në ujë dihet se është i tretshëm. Dioksidi i silikonit nuk reagon me acidet, përveç acidit hidrofluorik HF, dhe jep kripëra me alkale.

Figura: 69. Formula strukturore e dioksidit të silikonit (a) dhe kristaleve të kuarcit natyror (b).
Kur dioksidi i silikonit nxehet me thëngjill, silici zvogëlohet, dhe pastaj kombinohet me karbon dhe formohet karborundi sipas ekuacionit:
SiO2 + 2C \u003d SiC + CO2. Carborundum ka fortësi të lartë, është rezistent ndaj acideve dhe shkatërrohet nga alkalet.

■ 39. Cilat veti të dioksidit të silikonit mund të përdoren për të gjykuar në lidhje me rrjetën e saj kristalore?
40. Në formën e çfarë mineralesh paraqitet dioksidi i silikonit në natyrë?
41. Çfarë është carborundum?

Acid silicik. Silikatet

Acidi silicik H2SiO3 është një acid shumë i dobët dhe i paqëndrueshëm. Kur nxehet, gradualisht zbërthehet në ujë dhe dioksid silici:
H2SiO3 \u003d H2O + SiO2

Acidi silicik është praktikisht i patretshëm në ujë, por lehtë mund të lindë.
Acidi silicik formon kripëra të quajtura silikate. gjenden gjerësisht në natyrë. Natyrore janë mjaft komplekse. Përbërja e tyre zakonisht përshkruhet si një kombinim i disa oksideve. Nëse alumina përfshihet në silikatet natyrale, ato quhen aluminosilikate. Këto janë argjila e bardhë, (kaolinë) Al2O3 2SiO2 2H2O, feldspat K2O Al2O3 6SiO2, mikë
К2O · Al2O3 · 6SiO2 · 2N2O. Shumë natyralë në formën e tyre të pastër janë gurë të çmuar, për shembull, akuamarin, smerald, etj.
Midis silikateve artificiale, duhet të shënohet silikati i natriumit Na2SiO3 - një nga pak silikatet e tretshme në ujë. Quhet gotë e tretshme dhe tretësira quhet gotë e lëngshme.

Silikatet përdoren gjerësisht në inxhinieri. Xhami i tretshëm është i mbarsur me pëlhura dhe dru për t'i mbrojtur ato nga ndezja. Lëngu është një pjesë e stukove zjarrduruese për ngjitjen e qelqit, porcelanit, gurit. Silikatet janë baza në prodhimin e qelqit, porcelanit, enëve prej balte, çimentos, betonit, tullave dhe produkteve të ndryshme qeramike. Në tretësirë, silikatet hidrolizohen lehtësisht.

■ 42. Çfarë është ajo? Si ndryshojnë ato nga silikatet?
43. Çfarë është i lëngët dhe për çfarë qëllimesh përdoret?

Xhami

Lëndët e para për prodhimin e qelqit janë sode Na2CO3, gur gëlqeror CaCO3 dhe rërë SiO2. Të gjithë përbërësit e grumbullit të qelqit pastrohen plotësisht, përzihen dhe shkrihen në një temperaturë prej rreth 1400 °. Gjatë bashkimit, ndodhin reagimet e mëposhtme:
Na2CO3 + SiO2 \u003d Na2SiO3 + CO2

CaCO3 + SiO2 \u003d CaSiO 3+ CO2
Në fakt, xhami përmban silikate natriumi dhe kalciumi, si dhe SO2 të tepërt, prandaj përbërja e xhamit të zakonshëm të dritares është Na2O · CaO · 6SiO2. Grumbulli i qelqit nxehet në një temperaturë prej 1500 ° derisa dioksidi i karbonit të hiqet plotësisht. Pastaj ajo ftohet në një temperaturë prej 1200 °, në të cilën bëhet e trashë. Si çdo substancë amorfe, qelqi zbutet dhe ngurtësohet gradualisht, kështu që është një material i mirë plastik. Masa e trashë e qelqit kalon përmes një të çare për të formuar një fletë qelqi. Fleta e nxehtë e xhamit vizatohet me rrotulla, sillet në një madhësi të caktuar dhe gradualisht ftohet nga një rrymë ajri. Pastaj shkurtohet në skajet dhe pritet në fletë të një formati specifik.

■ 44. Jepni ekuacionet e reaksioneve që ndodhin gjatë prodhimit të qelqit, dhe përbërjen e xhamit të dritares.

Xhami - substanca është amorfe, transparente, praktikisht e patretshme në ujë, por nëse e bluani atë në pluhur të imët dhe e përzieni me një sasi të vogël uji, alkali mund të gjendet në përzierjen që rezulton duke përdorur fenolfteleinë. Gjatë ruajtjes afatgjatë të alkaleve në enë qelqi, SiO2 e tepërt në gotë reagon shumë ngadalë me alkalet dhe gota gradualisht humbet transparencën e saj.
Xhami u bë i njohur për njerëzit më shumë se 3000 vjet para Krishtit. Në antikitet, syzet merreshin me pothuajse të njëjtën përbërje si aktualisht, por mjeshtrat e lashtë drejtoheshin vetëm nga intuita e tyre. Në vitin 1750, M.V. ishte në gjendje të zhvillonte bazën shkencore për prodhimin e qelqit. Për 4 vjet M.V ka mbledhur shumë receta për të bërë gota të ndryshme, veçanërisht ato me ngjyra. Një fabrikë qelqi e ndërtuar prej tij prodhoi një numër të madh të mostrave të qelqit që kanë mbijetuar deri më sot. Aktualisht përdoren gota me përbërje dhe veti të ndryshme.

Xhami kuarc përbëhet nga dioksid silici pothuajse i pastër dhe shkrihet nga kristali i shkëmbit. Karakteristika e tij shumë e rëndësishme është se koeficienti i tij i zgjerimit është i parëndësishëm, gati 15 herë më pak se ai i xhamit të zakonshëm. Enët e bëra nga një gotë e tillë mund të nxehen në të kuqe të nxehtë në një flakë të ndezjes dhe pastaj të ulen në ujë të ftohtë; megjithatë, asnjë ndryshim nuk do të ndodhë në gotë. Xhami kuarc nuk bllokon rrezet ultraviolet, dhe nëse pikturohet me kripëra nikeli të zeza, do të bllokojë të gjitha rrezet e dukshme të spektrit, por do të mbetet transparente ndaj rrezeve ultraviolet.
Acidet nuk veprojnë në gotë kuarci, por alkalet e gërryejnë dukshëm atë. Xhami kuarc është më i brishtë se xhami i zakonshëm. Xhami laboratorik përmban rreth 70% SiO2, 9% Na2O, 5% K2O 8% CaO, 5% Al2O3, 3% B2O3 (përbërja e syzeve nuk sigurohet për memorizim).

Në industri, përdoret xhami Jena dhe Pyrex. Xhami Jena përmban rreth 65% SiO2, 15% B2O3, 12% BaO, 4% ZnO, 4% Al2O3. Dushtë e qëndrueshme, rezistente ndaj stresit mekanik, ka një koeficient të ulët të zgjerimit dhe është rezistent ndaj alkaleve.
Xhami Pyrex përmban 81% SiO2, 12% B2O3, 4% Na2O, 2% Al2O3, 0.5% As2O3, 0.2% K2O, 0.3% CaO. Ka të njëjtat veti si xhami Jena, por në një masë edhe më të madhe, sidomos pas kalitjes, por më pak rezistente ndaj alkaleve. Xhami Pyrex përdoret për të bërë sende shtëpiake që janë të ekspozuara ndaj ngrohjes, si dhe pjesë të disa instalimeve industriale që veprojnë në temperatura të ulëta dhe të larta.

Disa aditivë i japin qelqi cilësi të ndryshme. Për shembull, papastërtitë e oksideve të vanadiumit japin xham që bllokon plotësisht rrezet ultraviolet.
Fitohet edhe xhami me ngjyra. MV gjithashtu bëri disa mijëra mostra prej xhami me ngjyra me ngjyra dhe hije të ndryshme për pikturat e tij me mozaik. Aktualisht, metodat për pikturimin e xhamit janë zhvilluar në detaje. Përbërjet e manganit kanë ngjyrë vjollcë qelqi, blu kobalt. spërkatet në masën e qelqit në formën e grimcave koloidale, i jep asaj një ngjyrë rubini, etj. Përbërjet e plumbit i japin gotës një shkëlqim të ngjashëm me shkëlqimin e kristalit të shkëmbit, prandaj quhet kristal. Një gotë e tillë përpunohet dhe pritet lehtë. Produktet e bëra prej tij e thyejnë dritën shumë bukur. Kur kjo gotë ngjyroset me aditivë të ndryshëm, fitohet gotë kristali me ngjyrë.

Nëse xhami i shkrirë përzihet me substanca që, gjatë dekompozimit, formojnë një sasi të madhe të gazrave, atëherë këto të fundit, duke u lëshuar, shkumojnë gotën, duke formuar xham shkumë. Një gotë e tillë është shumë e lehtë, e përpunuar mirë dhe është një izolues i shkëlqyeshëm elektrik dhe nxehtësie. Së pari u mor nga prof. I. I. Kitaygorodsky.
Duke tërhequr fijet nga xhami, ju mund të merrni të ashtuquajturën tekstil me fije qelqi. Nëse mbarsni një shtresë prej tekstil me fije qelqi me rrëshira sintetike, ju merrni një material ndërtimi shumë të qëndrueshëm, jo \u200b\u200btë kalbur, të përpunuar mirë, të ashtuquajturin tekstil me fije qelqi. Interesante, sa më e hollë të jetë tekstil me fije qelqi, aq më e lartë është forca e saj. Tekstil me fije qelqi përdoret gjithashtu për të bërë rroba pune.
Leshi i qelqit është një material i vlefshëm përmes të cilit mund të filtrohen acide të forta dhe alkale, të cilat nuk mund të filtrohen përmes letrës. Përveç kësaj, leshi i qelqit është një material i mirë izolues.

■ 44. Çfarë i përcakton vetitë e llojeve të ndryshme të qelqit?

Qeramikë

Nga aluminosilikatet, argjila e bardhë është veçanërisht e rëndësishme - kaolina, e cila është baza për prodhimin e porcelanit dhe fajancës. Prodhimi i porcelanit është një degë jashtëzakonisht e lashtë e ekonomisë. Atdheu i porcelanit është Kina. Në Rusi, porcelani u mor për herë të parë në shekullin e 18-të. D, I. Vinogradov.
Lëndët e para për porcelanin dhe enët prej argjile, përveç kaolinës, janë rëra dhe. Një përzierje e kaolinës, rërës dhe ujit i nënshtrohet bluarjes së imët në mullinj me top, pastaj uji i tepërt filtrohet dhe një masë plastike e përzier mirë u dërgohet produkteve të derdhura. Pas formimit, produktet thahen dhe shkarkohen në furrat e tunelit të vazhdueshëm, ku së pari nxehen, pastaj hidhen dhe në fund ftohen. Pas kësaj, produktet i nënshtrohen përpunimit të mëtejshëm - veshja me lustër, vizatimi me ngjyra qeramike. Pas çdo faze, produktet shkarkohen. Si rezultat, porcelani është i bardhë, i butë dhe me shkëlqim. Në shtresa të holla, ajo shkëlqen përmes. Faience është poroz dhe nuk shfaqet përmes.

Argjila e kuqe përdoret për të formuar tulla, pllaka, qeramikë, unaza qeramike për paketimin në kulla thithëse dhe larëse të industrive të ndryshme kimike dhe enë me lule. Ata gjithashtu shkarkohen në mënyrë që të mos zbuten me ujë dhe të bëhen të fortë mekanikisht.

Çimento. Betoni

Përbërjet e silicit shërbejnë si bazë për prodhimin e çimentos - një material lidhës që është i domosdoshëm në ndërtim. Lëndët e para për prodhimin e çimentos janë argjila dhe gëlqerori. Kjo përzierje nxirret në një furrë rrotulluese të madhe me tuba të prirur, ku lëndët e para ngarkohen vazhdimisht. Pas shkrepjes në 1200-1300 ° nga vrima e vendosur në skajin tjetër të furrës, masa e sinteruar - klinkeri - lirohet vazhdimisht. Pas bluarjes, klinkeri kthehet në. Përbërja e çimentos përbëhet kryesisht nga silikate. Nëse përzihet me ujë derisa të formohet një slurrë e trashë, dhe pastaj lihet për ca kohë në ajër, ajo do të reagojë me substancat e çimentos, duke formuar hidrate kristaline dhe përbërës të tjerë të ngurtë, gjë që çon në forcim ("vendosje") të çimentos. Kjo nuk transferohet më në gjendjen e saj të mëparshme, prandaj, para përdorimit, ata përpiqen të mbrojnë çimenton nga uji. Procesi i forcimit të çimentos është i gjatë, dhe ai fiton forcë të vërtetë vetëm pas një muaji. Vërtetë, ka lloje të ndryshme të çimentos. Çimentoja e zakonshme që kemi konsideruar quhet silikat, ose çimento Portland. Alumina, guri gëlqeror dhe dioksidi i silikonit përdoren për të prodhuar çimento alumine të ngurtësimit të shpejtë.

Nëse përzieni çimento me gur të grimcuar ose zhavorr, atëherë merret betoni, i cili tashmë është një material i pavarur ndërtimi. Guri i grimcuar dhe zhavorri quhen mbushës. Betoni ka rezistencë të lartë dhe mund të përballojë ngarkesa të mëdha. Proofshtë i papërshkueshëm nga uji, i papërshkueshëm nga zjarri. Kur nxehet, ajo pothuajse nuk humbet forcën, pasi që përçueshmëria e saj termike është shumë e ulët. Betoni është rezistent ndaj acar, zbut rrezatimin radioaktiv, prandaj përdoret si material ndërtimi për strukturat hidraulike, për predhat mbrojtëse të reaktorëve bërthamorë. Kaldaja është e veshur me beton. Nëse përzieni çimento me një agjent shkumues, atëherë formohet betoni i shkumës i përshkuar me shumë qeliza. Betoni i tillë është një izolues i mirë i zërit dhe përçon nxehtësi edhe më pak se betoni i zakonshëm.

Prezantimi

Kapitulli 2. Përbërjet kimike të karbonit

2.1 Derivatet e oksigjenit të karbonit

2.1.1 Gjendja e oksidimit +2

2.1.2 Gjendja e oksidimit +4

2.3 Karabit metalik

2.3.1 Karabit, të tretshëm në ujë dhe acideve të holluar

2.3.2 Karabide, të patretshme në ujë dhe në acide të holla

Kapitulli 3. Përbërjet e silicit

3.1 Përbërjet e oksigjenit të silicit

Lista e referencave

Prezantimi

Kimia është një nga degët e shkencës natyrore, subjekt i së cilës janë elementet kimikë (atomet), substancat e thjeshta dhe komplekse (molekulat) e formuara prej tyre, transformimet e tyre dhe ligjet që rregullojnë këto shndërrime.

Sipas D.I. Mendeleev (1871), "kimia në gjendjen e saj aktuale mund të quhet ... doktrina e elementeve".

Origjina e fjalës "kimi" nuk është plotësisht e qartë. Shumë studiues besojnë se ajo vjen nga emri i lashtë i Egjiptit - Chemia (Kimi Greke, gjetur në Plutarch), e cila rrjedh nga "hem" ose "hame" - e zezë dhe do të thotë "shkenca e tokës së zezë" (Egjipt), " Shkencë egjiptiane ".

Kimia moderne është e lidhur ngushtë si me shkencat e tjera natyrore ashtu edhe me të gjitha degët e ekonomisë kombëtare.

Karakteristika cilësore e formës kimike të lëvizjes së materies, dhe kalimet e saj në forma të tjera të lëvizjes, përcakton shkathtësinë e shkencës kimike dhe lidhjen e saj me fushat e dijes që studiojnë si format më të ulta ashtu edhe ato më të larta të lëvizjes. Njohja e formës kimike të lëvizjes së materies pasuron doktrinën e përgjithshme të zhvillimit të natyrës, evolucionin e materies në Univers, kontribuon në formimin e një figure integrale materialiste të botës. Kontakti i kimisë me shkencat e tjera krijon zona specifike të depërtimit të tyre të ndërsjellë. Kështu, zonat e tranzicionit midis kimisë dhe fizikës përfaqësohen nga kimia fizike dhe fizika kimike. Zonat e veçanta kufitare u ngritën midis kimisë dhe biologjisë, kimisë dhe gjeologjisë - gjeokimi, biokimi, biogjeokimi dhe biologji molekulare. Ligjet më të rëndësishme të kimisë janë formuluar në gjuhën matematikore dhe kimia teorike nuk mund të zhvillohet pa matematikë. Kimia ka pasur dhe po ndikon në zhvillimin e filozofisë, dhe vetë ka përjetuar dhe po përjeton ndikimin e saj.

Historikisht, dy degë kryesore të kimisë janë zhvilluar: kimia inorganike, e cila studion kryesisht elementët kimikë dhe substancat e thjeshta dhe komplekse që ato formojnë (përveç përbërjeve të karbonit) dhe kimia organike, tema e së cilës janë përbërjet e karbonit me elementë të tjerë ( substancat organike).

Deri në fund të shekullit të 18-të, termat "kimi inorganike" dhe "kimi organike" tregonin vetëm nga cila "mbretëri" e natyrës (minerale, bimore ose shtazore) u morën këto ose ato përbërje. Që nga shekulli i 19-të. këto terma kanë ardhur për të treguar praninë ose mungesën e karbonit në një substancë të caktuar. Pastaj ata morën një kuptim të ri, më të gjerë. Kimia inorganike ka të bëjë kryesisht me gjeokiminë dhe më pas me mineralogjinë dhe gjeologjinë, d.m.th. me shkencat e natyrës inorganike. Kimia organike është një degë e kimisë që studion një larmi të përbërjeve të karbonit deri në substancat më komplekse të biopolimerit. Përmes kimisë organike dhe bioorganike, kimia kufizohet në biokimi dhe më tej në biologji, d.m.th. me tërësinë e shkencave të natyrës së gjallë. Në kryqëzimin midis kimisë inorganike dhe asaj organike është zona e përbërjeve organoelemente.

Në kimi, idetë rreth niveleve strukturore të organizimit të materies janë formuar gradualisht. Komplikimi i një substance, duke filluar nga më i ulti, atomik, kalon nëpër fazat e përbërjeve molekulare, makromolekulare, ose me shumë molekulare (polimer), pastaj ndërmolekular (kompleks, klarat, katenan) dhe së fundmi, makrostruktura të ndryshme (kristal, mikelë) deri në formacione jo-stekiometrike të papërcaktuara. Gradualisht, u formuan dhe u ndanë disiplinat përkatëse: kimia e përbërjeve komplekse, polimere, kimia e kristalit, teoria e sistemeve të shpërndara dhe fenomeneve sipërfaqësore, lidhjeve, etj.

Studimi i objekteve dhe dukurive kimike me anë të metodave fizike, vendosja e ligjeve të transformimeve kimike, bazuar në parimet e përgjithshme të fizikës, është baza e kimisë fizike. Kjo fushë e kimisë përfshin një numër disiplinash kryesisht të pavarura: termodinamika kimike, kinetika kimike, elektrokimi, kimia koloidale, kimia kuantike dhe studimi i strukturës dhe vetive të molekulave, joneve, radikaleve, kimisë rrezatuese, fotokimisë, studimeve të katalizës , ekuilibrat kimikë, tretësira dhe të tjera.Kimi analitike ka fituar një karakter të pavarur , metodat e të cilave përdoren gjerësisht në të gjitha fushat e kimisë dhe industrisë kimike. Në fushat e zbatimit praktik të kimisë, shkenca dhe disiplina të tilla shkencore kanë dalë si teknologji kimike me degët e saj të shumta, metalurgjinë, agrokiminë, kiminë medicinale, kiminë forenzike, etj.

Siç u përmend më lart, kimia konsideron elementët kimikë dhe substancat që ato formojnë, si dhe ligjet që rregullojnë këto shndërrime. Një nga këto aspekte (domethënë, përbërjet kimike të bazuara në silic dhe karbon) do të konsiderohen nga unë në këtë punë.

Kapitulli 1. Silici dhe karboni - elemente kimikë

1.1 Informacion i përgjithshëm në lidhje me karbonin dhe silicin

Karboni (C) dhe silici (Si) janë grupi IVA.

Karboni nuk është një element shumë i zakonshëm. Pavarësisht kësaj, domethënia e saj është e madhe. Karboni është baza e jetës në tokë. Isshtë një pjesë e karbonateve, të cilat janë shumë të zakonshme në natyrë (Ca, Zn, Mg, Fe, etj.), Ekziston në atmosferë në formën e CO 2, ndodh në formën e qymyrave natyralë (grafit amorf), vaj dhe gaz natyror, si dhe substanca të thjeshta (diamant, grafit).

Silici është i dyti më i përhapur në koren e tokës (pas oksigjenit). Nëse karboni është baza e jetës, atëherë silici është baza e kores së tokës. Ajo është gjetur në një larmi të madhe të silikateve (Figura 4) dhe aluminosilikateve, rërës.

Silici amorf është një pluhur ngjyrë kafe. Kjo e fundit mund të merret lehtësisht në një gjendje kristalore në formën e kristaleve të ngurta gri, por mjaft të brishtë. Silici kristalor është gjysmëpërçues.

Tabela 1. Të dhëna të përgjithshme kimike për karbonin dhe silicin.

Modifikimi i karbonit i qëndrueshëm në temperatura të zakonshme - grafit - është një masë e errët, me yndyrë të hirtë. Diamanti - substanca më e vështirë në tokë - është e pangjyrë dhe transparente. Strukturat kristalore të grafitit dhe diamantit tregohen në Fig. 1.

Figura 1. Struktura e diamantit (a); struktura e grafitit (b)

Karboni dhe silici kanë derivatet e tyre të përcaktuara.

Tabela 2. Derivatet më tipike të karbonit dhe silicit

1.2 Marrja, vetitë kimike dhe përdorimi i substancave të thjeshta

Silici merret me zvogëlimin e oksideve me karbon; për ta marrë atë në një gjendje veçanërisht të pastër pas zvogëlimit, substanca transferohet në tetraklorid dhe përsëri zvogëlohet (me hidrogjen). Pastaj ato aliazohen në ingots dhe i nënshtrohen pastrimit me metodën e shkrirjes së zonës. Shufra metalike nxehet në njërin skaj në mënyrë që brenda saj të formohet një zonë prej metali të shkrirë. Kur zona lëviz në skajin tjetër të shufrës, papastërtia, tretja në metalin e shkrirë më mirë sesa në trupin e ngurtë, hiqet dhe kështu metali pastrohet.

Karboni është inert, por në temperatura shumë të larta (në gjendje amorfe) ai ndërvepron me shumicën e metaleve për të formuar tretësira të ngurta ose karbide (CaC 2, Fe 3 C, etj.), Si dhe me shumë metaloidë, për shembull:

2C + Ca \u003d CaC 2, C + 3Fe \u003d Fe 3 C,

Silici është më reaktiv. Ai reagon me fluorin tashmë në temperaturë të zakonshme: Si + 2F 2 \u003d SiF 4

Silici gjithashtu ka një prirje shumë të lartë për oksigjenin:

Reagimi me klor dhe squfur zhvillohet në rreth 500 K. Në temperatura shumë të larta, silici ndërvepron me azotin dhe karbonin:

Silici nuk ndërvepron drejtpërdrejt me hidrogjenin. Silici tretet në alkale:

Si + 2NaOH + H 2 0 \u003d Na 2 Si0 3 + 2H 2.

Acidet përveç acidit hidrofluorik nuk kanë asnjë efekt mbi të. Ekziston një reagim me HF

Si + 6HF \u003d H 2 + 2H 2.

Karboni në përbërjen e thëngjijve të ndryshëm, vaj, natyror (kryesisht CH4), si dhe gazra të prodhuar artificialisht është baza më e rëndësishme e karburantit të planetit tonë

Karakteristikë e elementit

14 Si 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2

Izotopet: 28 Si (92.27%); 29 Si (4.68%); 30 Si (3.05%)

Silici është elementi i dytë më i bollshëm në koren e tokës pas oksigjenit (27.6% në masë). Nuk ndodh në gjendje të lirë në natyrë, gjendet kryesisht në formën e SiO 2 ose silikateve.

Përbërjet Si janë toksike; thithja e grimcave më të vogla të SiO 2 dhe përbërjeve të tjera të silicit (për shembull, asbest) shkakton një sëmundje të rrezikshme - silikoza

Në gjendjen themelore, atomi i silicit ka valencë \u003d II, dhe në gjendje të ngacmuar \u003d IV.

Gjendja më e qëndrueshme e oksidimit për Si është +4. Në përbërjet me metale (silicidet) S.O. -kater.

Metodat e prodhimit të silicit

Përbërja më e zakonshme e silikonit natyror është silicë (dioksid silici) SiO 2. Shtë lënda kryesore e parë për prodhimin e silikonit.

1) Reduktimi i SiO 2 me karbon në furrat me hark në 1800 "C: SiO 2 + 2C \u003d Si + 2CO

2) Si me pastërti të lartë nga një produkt teknik merret sipas skemës:

a) Si → SiCl 2 → Si

b) Si → Mg 2 Si → SiH 4 → Si

Karakteristikat fizike të silicit. Modifikimet alotropike të silicit

1) Silic kristalor është një substancë gri argjendtë me një shkëlqim metalik, një rrjet kristal i tipit diamant; pl. 1415 "C, bp 3249" C, dendësia 2.33 g / cc; është gjysmëpërçues.

2) Silici amorf është një pluhur kafe.

Karakteristikat kimike të silicit

Në shumicën e reagimeve, Si vepron si një agjent zvogëlues:

Në temperatura të ulëta, silici është kimikisht inertë; kur nxehet, reaktiviteti i tij rritet ndjeshëm.

1. Reagon me oksigjenin në T mbi 400 ° C:

Si + O 2 \u003d SiO 2 oksid silici

2. Reagon me fluor tashmë në temperaturën e dhomës:

Si + 2F 2 \u003d tetrafluorid silici SiF 4

3. Me pjesën tjetër të halogjeneve, reagimet vazhdojnë në një temperaturë prej \u003d 300 - 500 ° С.

Si + 2Hal 2 \u003d SiHal 4

4. Me avull squfuri në 600 ° C formon një disulfid:

5. Reagimi me azot ndodh mbi 1000 ° C:

3Si + 2N 2 \u003d Si 3 N 4 nitride silikoni

6. Në një temperaturë \u003d 1150 ° C reagon me karbonin:

SiO 2 + 3C \u003d SiC + 2CO

Carborundum është afër diamantit në fortësi.

7. Silici nuk reagon direkt me hidrogjenin.

8. Silici është rezistent ndaj acideve. Ndërvepron vetëm me një përzierje të acideve nitrike dhe hidrofluorike (hidrofluorike):

3Si + 12HF + 4HNO 3 \u003d 3SiF 4 + 4NO + 8H 2 O

9. reagon me tretësira alkali për të formuar silikate dhe për të lëshuar hidrogjen:

Si + 2NaOH + H 2 O \u003d Na 2 SiO 3 + 2H 2

10. Karakteristikat reduktuese të silikonit përdoren për të izoluar metalet nga oksidet e tyre:

2MgO \u003d Si \u003d 2Mg + SiO 2

Në reagimet me metalet, Si është një agjent oksidues:

Silici formon silicide me s-metalet dhe shumicën e d-metaleve.

Përbërja e silicideve të këtij metali mund të jetë e ndryshme. (Për shembull, FeSi dhe FeSi 2; Ni 2 Si dhe NiSi 2.) Një nga silicidet më të famshëm është silicizmi i magnezit, i cili mund të merret nga bashkëveprimi i drejtpërdrejtë i substancave të thjeshta:

2Mg + Si \u003d Mg 2 Si

Silane (monosilane) SiH 4

Silane (silica) Si n H 2n + 2, (krahasoni me alkanet), ku n \u003d 1-8. Silanet janë analoge të alkaneve, që ndryshojnë prej tyre në paqëndrueshmërinë e zinxhirëve -Si-Si-.

Monosilane SiH 4 është një gaz pa ngjyrë me erë të pakëndshme; tretet në etanol, benzinë.

Metodat e marrjes:

1. Zbërthimi i silicidit të magnezit me acid klorhidrik: Mg 2 Si + 4HCI \u003d 2MgCI 2 + SiH 4

2. Reduktimi i halideve Si me hidrid alumini litium: SiCl 4 + LiAlH 4 \u003d SiH 4 + LiCl + AlCl 3

Karakteristikat kimike.

Silane është një agjent i fuqishëm zvogëlues.

1.SiH 4 oksidohet nga oksigjeni edhe në temperatura shumë të ulëta:

SiH 4 + 2O 2 \u003d SiO 2 + 2H 2 O

2. SiH 4 hidrolizohet lehtë, veçanërisht në një mjedis alkalik:

SiH 4 + 2H 2 O \u003d SiO 2 + 4H 2

SiH 4 + 2NaOH + H 2 O \u003d Na 2 SiO 3 + 4H 2

Oksid silici (IV) (silicë) SiO 2

Silica ekziston në forma të ndryshme: kristalore, amorfe dhe qelqi. Forma më e zakonshme kristalore është kuarci. Kur shkëmbinjtë e kuarcit shkatërrohen, formohen rërë kuarci. Monokristalet e kuarcit janë transparente, të pangjyrë (kristal shkëmbor) ose të ngjyrosura me papastërti në ngjyra të ndryshme (ametist, agat, diaspër, etj.).

Amorf SiO 2 ndodh në formën e mineralit opal: xhel silicë merret artificialisht, i përbërë nga grimca koloidale SiO 2 dhe është një thithës shumë i mirë. Glassy SiO 2 njihet si qelqi kuarc.

Karakteristikat fizike

SiO 2 tretet shumë pak në ujë, dhe praktikisht nuk tretet në tretës organikë. Silica është dielektrike.

Karakteristikat kimike

1. SiO 2 është një oksid acid, prandaj silicë amorfe tretet ngadalë në tretësira ujore të alkaleve:

SiO 2 + 2NaOH \u003d Na 2 SiO 3 + H 2 O

2. SiO 2 gjithashtu bashkëvepron kur nxehet me oksidet themelore:

SiO 2 + K 2 O \u003d K 2 SiO 3;

SiO 2 + CaO \u003d CaSiO 3

3. Duke qenë një oksid jo i paqëndrueshëm, SiO 2 zhvendos dioksidin e karbonit nga Na 2 CO 3 (me bashkim):

SiO 2 + Na 2 CO 3 \u003d Na 2 SiO 3 + CO 2

4. Silica reagon me acidin hidrofluorik, duke formuar acidin hidrofluorosilicik H 2 SiF 6:

SiO 2 + 6HF \u003d H 2 SiF 6 + 2H 2 O

5. Në 250 - 400 ° С SiO 2 bashkëvepron me HF dhe F 2 të gaztë, duke formuar tetrafluorosilane (tetrafluorid silici):

SiO 2 + 4HF (gaz) \u003d SiF 4 + 2H 2 O

SiO 2 + 2F 2 \u003d SiF 4 + O 2

Acid silicik

Dihet:

Acid ortosilicik H 4 SiO 4;

Acid metasilicik (silic) H 2 SiO 3;

Acidet di- dhe polisilikike.

Të gjithë acidet silicike janë të tretshme dobët në ujë dhe formojnë lehtësisht tretësira koloidale.

Metodat e marrjes

1. Reshjet me acide nga solucionet e silikateve të metaleve alkali:

Na 2 SiO 3 + 2HCl \u003d H 2 SiO 3 ↓ + 2NaCl

2. Hidroliza e klorozilaneve: SiCl 4 + 4H 2 O \u003d H 4 SiO 4 + 4HCl

Karakteristikat kimike

Acidet silicike janë acide shumë të dobëta (më të dobëta se acidi karbonik).

Kur nxehen, ato dehidrohen dhe formojnë silicën si produktin përfundimtar

H 4 SiO 4 → H 2 SiO 3 SiO 2

Silikatet - kripërat e acidit silicik

Meqenëse acidet silicike janë jashtëzakonisht të dobëta, kripërat e tyre në tretësira ujore hidrolizohen shumë:

Na 2 SiO 3 + H 2 O \u003d NaHSiO 3 + NaOH

SiO 3 2- + H 2 O \u003d HSiO 3 - + OH - (medium alkalin)

Për të njëjtën arsye, kur dioksidi i karbonit kalon nëpër solucione silikate, acidi silic zhvendoset prej tyre:

K 2 SiO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d H 2 SiO 3 ↓ + K 2 CO 3

SiO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d H 2 SiO 3 ↓ + CO 3

Ky reaksion mund të konsiderohet si një reagim cilësor për jonet silikate.

Midis silikateve, vetëm Na 2 SiO 3 dhe K 2 SiO 3 janë shumë të tretshme, të cilat quhen gotë të tretshme, dhe tretësirat ujore të tyre quhen gotë të lëngët.

Xhami

Xhami i zakonshëm i dritares ka përbërjen Na 2 O CaO 6SiO 2, domethënë është një përzierje e silikateve të natriumit dhe kalciumit. Obtainedshtë marrë duke shkrirë sode Na 2 CO 3, gur gëlqeror CaCO 3 dhe rërë SiO 2;

Na 2 CO 3 + CaCO 3 + 6SiO 2 \u003d Na 2 O CaO 6SiO 2 + 2CO 2

Çimento

Një lidhës pluhur që formon një masë plastike kur bashkëvepron me ujin, i cili me kalimin e kohës shndërrohet në një trup të fortë si gur; materiali themelor i ndërtimit.

Përbërja kimike e çimentos më të zakonshme Portland (në% të peshës) është 20 - 23% SiO 2; 62 - 76% CaO; 4 - 7% Al 2 O 3; 2-5% Fe 2 O 3; 1-5% MgO.

Në kushte normale, modifikimet alotropike të karbonit - grafit dhe diamantit - janë më tepër inerte. Por me një rritje të t, ata hyjnë në mënyrë aktive në reaksione kimike me substanca të thjeshta dhe komplekse.

Karakteristikat kimike të karbonit

Meqenëse elektronegativiteti i karbonit është i ulët, substancat e thjeshta janë agjentë të mirë reduktues. Karboni kristalor i imët oksidohet më lehtë, grafiti është më i vështirë dhe diamanti është edhe më i vështirë.

Modifikimet alotropike të karbonit oksidohen nga oksigjeni (djegia) në temperatura të caktuara të ndezjes: grafiti ndizet në 600 ° C, diamanti - në 850-1000 ° C. Nëse oksigjeni është i tepërt, formohet monoksid karboni (IV), nëse ka një mungesë - monoksid karboni (II):

C + O2 \u003d CO2

2C + O2 \u003d 2CO

Karboni zvogëlon oksidet e metaleve. Kjo jep metale falas. Për shembull, kur oksidi i plumbit kalcinohet me koks, plumbi shkrihet:

PbO + C \u003d Pb + CO

agjent zvogëlues: C0 - 2e \u003d\u003e C + 2

agjent oksidues: Pb + 2 + 2e \u003d\u003e Pb0

Karboni gjithashtu shfaq veti oksiduese në lidhje me metalet. Në të njëjtën kohë, ajo formon lloje të ndryshme të karabit. Pra, me alumin, reagimet zhvillohen në një temperaturë të lartë:

3C + 4Al \u003d Al4C3

C0 + 4e \u003d\u003e C-4 3

Al0 - 3e \u003d\u003e Al + 3 4

Karakteristikat kimike të përbërjeve të karbonit

1) Meqenëse forca e monoksidit të karbonit është e madhe, ajo hyn në reaksione kimike në temperatura të larta. Me ngrohje të konsiderueshme, shfaqen vetitë e larta reduktuese të monoksidit të karbonit. Pra, ajo reagon me oksidet e metaleve:

CuO + CO \u003d\u003e Cu + CO2

Në temperatura të ngritura (700 ° C), ajo ndizet në oksigjen dhe digjet me një flakë blu. Nga kjo flakë, mund të zbuloni se si rezultat i reagimit, formohet dioksid karboni:

CO + O2 \u003d\u003e CO2

2) Lidhjet e dyfishta në molekulën e dioksidit të karbonit janë mjaft të forta. Për t'i thyer ato, kërkohet energji e konsiderueshme (525.6 kJ / mol). Prandaj, dioksidi i karbonit është më tepër inert. Reagimet në të cilat ndodhin shpesh ndodhin në temperatura të larta.

Dioksidi i karbonit është acid kur reagon me ujin. Kjo formon një tretësirë \u200b\u200btë acidit karbonik. Reagimi është i kthyeshëm.

Dioksidi i karbonit si një oksid acid reagon me alkalet dhe oksidet themelore. Kur dioksidi i karbonit kalon përmes një tretësire alkali, mund të formohet kripë e mesme ose acid.

3) Acidi karbonik ka të gjitha vetitë e acideve dhe bashkëvepron me alkalet dhe oksidet themelore.

Karakteristikat kimike të silicit

Silic është më aktiv se karboni dhe oksidohet nga oksigjeni tashmë në 400 ° C. Jo-metalet e tjera mund të oksidojnë silicin. Këto reaksione zakonisht ndodhin në një temperaturë më të lartë sesa me oksigjenin. Në këto kushte, silici ndërvepron me karbonin, në veçanti me grafit. Kjo rezulton në formimin e SiC carborundum, një substancë shumë e fortë, e dyta pas diamantit në fortësi.

Silici mund të jetë gjithashtu një agjent oksidues. Kjo manifestohet në reaksione me metale aktive. Për shembull:

Si + 2Mg \u003d Mg2Si

Aktiviteti më i lartë i silicit në krahasim me karbonin manifestohet në faktin se, ndryshe nga karboni, ai reagon me alkalet:

Si + NaOH + H2O \u003d\u003e Na2SiO3 + H2

Karakteristikat kimike të përbërjeve të silicit

1) Lidhjet e forta midis atomeve në rrjetën kristalore të dioksidit të silikonit shpjegojnë aktivitetin e ulët kimik. Reagimet që ky oksid hyn ndodhin në temperatura të larta.

Oksid silici është një oksid acid. Siç e dini, nuk reagon me ujin. Natyra e tij acidike manifestohet në reagim me alkalet dhe oksidet themelore:

SiO2 + 2NaOH \u003d Na2SiO3 + H2O

Reagimet me oksidet themelore zhvillohen në temperatura të larta.

Oksidi i silikonit shfaq veti të vogla oksiduese. Zvogëlohet nga disa metale aktive.

Karakteristikat e përgjithshme të grupit të katërt të nëngrupit kryesor:

• a) vetitë e elementeve për sa i përket strukturës atomike;
• b) gjendja e oksidimit;
• c) vetitë e oksideve;
• d) vetitë e hidroksideve;
• e) përbërjet e hidrogjenit.

a) Karboni (C), silici (Si), germaniumi (Ge), kallaji (Sn), plumbi (Pb) - elementet e grupit të 4-të të nëngrupit kryesor të PSE. Në shtresën e jashtme të elektronit, atomet e këtyre elementeve kanë 4 elektrone: ns 2 np 2. Në një nëngrup, me një rritje në numrin rendor të një elementi, rrezja atomike rritet, vetitë jometalike dobësohen dhe ato metalike intensifikohen: karboni dhe silici janë jometale, germaniumi, kallaji, plumbi janë metale.

b) Elementet e kësaj nëngrupi shfaqin gjendje oksidimi pozitive dhe negative: -4, +2, +4.

c) Oksidet më të larta të karbonit dhe silicit (CO2, SiO2) kanë veti acide, oksidet e elementëve të tjerë të nëngrupit janë amfoterikë (GeO2, SnO2, PbO2).

d) Acidet karbonike dhe silicike (H 2 CO 3, H 2 SiO 3) janë acide të dobëta. Hidroksidet e germaniumit, kallajit dhe plumbit janë amfoterikë, shfaqin veti të dobëta acidike dhe themelore: H 2 GeO 3 \u003d Ge (OH) 4, H 2 SnO 3 \u003d Sn (OH) 4, H 2 PbO 3 \u003d Pb (OH) 4.

e) Përbërjet e hidrogjenit:

CH 4; SiH 4, GeH 4. SnH 4, PbH 4. Metani - CH 4 është një përbërje e fortë, silane SiH 4 është një përbërje më pak e fortë.

Diagramet e strukturës së atomeve të karbonit dhe silikonit, vetitë e përgjithshme dhe dalluese.

Me lS 2 2S 2 2p 2;

Si 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3p 2.

Karboni dhe silici janë jo-metale, pasi ka 4 elektrone në shtresën e jashtme të elektronit. Por meqenëse silici ka një rreze më të madhe atomike, është më karakteristikë e aftësisë për të dhuruar elektrone sesa karboni. Agjenti reduktues i karbonit:

Një detyrë. Si të vërtetojmë se grafiti dhe diamanti janë modifikime alotropike të të njëjtit element kimik? Si të shpjegojmë ndryshimet në vetitë e tyre?

Vendimi. Si diamanti ashtu edhe grafiti, kur digjen në oksigjen, formojnë monoksid karboni (IV) C0 2, kur kalojnë përmes ujit të gëlqeres, një precipitim i bardhë i karbonatit të kalciumit precipiton CaCO 3

C + 0 2 \u003d CO 2; C0 2 + Ca (OH) 2 \u003d CaCO 3 v - H 2 O.

Përveç kësaj, diamanti mund të merret nga grafit duke ngrohur nën presion të lartë. Si pasojë, vetëm karboni përfshihet në përbërjen e grafitit dhe diamantit. Dallimi në vetitë e grafitit dhe diamantit shpjegohet me ndryshimin në strukturën e rrjetës kristalore.

Në rrjetën kristalore të diamantit, secili atom karboni është i rrethuar nga katër të tjerë. Atomet ndodhen në distanca të barabarta nga njëri-tjetri dhe janë shumë të lidhur ngushtë me njëri-tjetrin nga lidhjet kovalente. Kjo shpjegon fortësinë e lartë të diamantit.

Grafit ka atome karboni të rregulluara në shtresa paralele. Distanca midis shtresave ngjitur është shumë më e madhe se sa midis atomeve fqinjë në një shtresë. Kjo çon në një forcë të ulët lidhje midis shtresave, dhe për këtë arsye grafit ndahet lehtësisht në thekon të hollë, të cilat janë shumë të forta në vetvete.

Përbërjet me hidrogjen duke formuar karbon. Formulat empirike, lloji i hibridizimit të atomeve të karbonit, valenca dhe gjendja e oksidimit të secilit element.

Gjendja e oksidimit të hidrogjenit në të gjitha përbërjet është +1.

Valenca e hidrogjenit është një, valenca e karbonit është katër.

Formulat e acideve karbonike dhe silicike, vetitë e tyre kimike në lidhje me metalet, oksidet, bazat, vetitë specifike.

H 2 CO 3 - acid karbonik,

H 2 SiO 3 - acid silicik.

H 2 CO 3 - ekziston vetëm në tretësirë:

H 2 C0 3 \u003d H 2 O + C0 2

H 2 SiO 3 është i ngurtë, praktikisht i patretshëm në ujë, prandaj, kationet e hidrogjenit në ujë praktikisht nuk ndahen. Në këtë drejtim, H 2 SiO 3 nuk shfaq një veti kaq të përgjithshme të acideve, si efekt mbi treguesit; është edhe më i dobët se acidi karbonik.

H 2 SiO 3 është një acid i brishtë dhe dekompozohet gradualisht kur nxehet:

H 2 SiO 3 \u003d Si0 2 + H 2 0.

H 2 CO 3 reagon me metalet, oksidet e metaleve, bazat:

a) H 2 CO 3 + Mg \u003d MgCO 3 + H 2

b) H 2 CO 3 + CaO \u003d CaCO 3 + H 2 0

c) H 2 CO 3 + 2NaOH \u003d Na 2 CO 3 + 2H 2 0

Karakteristikat kimike të acidit karbonik:

• 1) e zakonshme me acide të tjera,
• 2) vetitë specifike.

Konfirmoni përgjigjen me ekuacionet e reagimit.

1) reagon me metalet aktive:

Një detyrë. Duke përdorur shndërrime kimike, ndani përzierjen e oksidit të silicit (IV), karbonatit të kalciumit dhe argjendit, duke shpërndarë gradualisht përbërësit e përzierjes. Përshkruani renditjen e veprimeve.

Vendimi.

1) një përzierje e acidit klorhidrik u shtua në përzierje.