Химические свойства

Оксид кремния (IV)

Соединения кремния с водородом и галогенами

При действии соляной кислоты на силицид магния Mg₂Si получается кремневодород (силан) SiН₄, подобный метану:

Mg₂Si + 4 НС1 = 2 MgСl₂ + SiН₄ ↑

Силан SiН₄ — бесцветный газ, самовоспламеняющийся на воздухе и сгорающий с образованием диоксида кремния и воды:

SiН₄ + 2 О₂ = SiO₂ + 2 Н₂О

Силан легко гидролизуется, особенно в щелочной среде:

SiH₄ + 2H₂O = SiO₂ + 4H₂

SiH₄ + 2NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + 4H₂

Хлорид кремнияSiCl₄ получается нагреванием смеси диоксида кремния с углем в струе хлора:

SiO₂ + 2 С + 2 С1₂ = SiСl₄ + 2 CO

или хлорированием технического кремния. Он представляет собой жидкость, кипящую при 57 °С.

При действии воды хлорид кремния подвергается полному гид­ролизу с образованием кремниевой и соляной кислот;

SiСl₄ + 3 Н₂О = Н₂SiO₃ + 4 НСl

Хлорид кремния применяется для синтеза кремнийорганических соединений.

Фторид кремнияSiF₄ образуется при взаимодействии фтористого водорода с диоксидом кремния:

SiO₂ + 4 НF = SiF₄ ↑ + 2 Н₂О

Это — бесцветный газ с резким запахом.

Как и хлорид кремния, в водных растворах SiF₄ гидролизуется:

SiF₄ + 3 Н₂О = Н₂SiO₃ + 4 НF

Образующийся фторороводород взаимодействует с SiF₄. При этом получается гексафторокремниевая (или кремнефтористоводородная) кислота H₂SiF₆:

3 SiF₄ + 3 Н₂О ═ 2 H₂SiF₆ + H₂SiO₃

По силе гексафторокремниевая кислота близка к серной. Соли ее — кремнефториды, или фторосиликаты, в большинстве своем растворимы в воде; малорастворимы соли натрия, калия, рубидия, цезия, практически нерастворима соль бария. Сама кислота и все фторосиликаты ядовиты..

Наиболее стойким соединением кремния является диоксид кремния, или кремнезем, SiO₂. Он встречается как в кристаллическом, так и в аморфном виде.

Кристаллический диоксид кремния находится в природе глав­ным образом в виде минерала кварца.

Кристаллический диоксид кремния очень тверд, нерастворим в воде и плавится около 1610° С, превращаясь в бесцветную жидкость. По охлажде­нии этой жидкости получается прозрачная стекловидная масса аморф­ного диоксида кремния, по виду сход­ного со стеклом.

Аморфный диоксид кремния распространен в природе гораздо меньше, чем кристаллический. На дне морей имеются отложения тонкого пористого аморфного кремнезема, называемого трепелом или кизельгуром. Эти отложения образовались из SiO₂, входившего в состав организмов диатомовых водорослей и некоторых инфузорий.

1) SiO₂ – кислотный оксид, поэтому аморфный кремнезем медленно растворяется в водных растворах щелочей, образуя соответствующие соли кремневой кислоты (силикаты):

SiO₂ + 2 NaOH ═ Na₂SiO₃ + H₂O

2) SiO₂ взаимодействует также при нагревании с основными оксидами:

SiO₂ + K₂O = K₂SiO₃

SiO₂ + CaO = CaSiO₃

3) Будучи нелетучим оксидом, SiO₂ вытесняет углекислый газ из Na₂CO₃ (при сплавлении):

SiO₂ + Na₂CO₃ = Na₂SiO₃ + CO₂↑

4) Кислоты, за исключением плавиковой, не действуют на диоксид кремния. Плавиковая же кислота легко вступает с ним в реакцию, образуя фторид кремния и воду:

SiO₂ + 4 HF ═ SiF₄ + 2 H₂O

5) При температуре SiO₂ взаимодействует с газообразным HF и F₂, образуя тетрафторсилан (тетрафторид кремния):

SiO₂ + 4HF = SiF₄ + 2H₂O

SiO₂ + 2F₂ = SiF₄ + O₂