Silicon at ang mga compound nito. Silicon: aplikasyon, kemikal at pisikal na katangian

Bilang isang independiyenteng elemento ng kemikal, ang silikon ay nakilala lamang sa sangkatauhan noong 1825. Na, siyempre, ay hindi napigilan ang paggamit ng mga silikon na compound sa isang bilang ng mga sphere na mas madaling ilista ang mga kung saan ang elemento ay hindi ginagamit. Ang artikulong ito ay magbibigay liwanag sa pisikal, mekanikal at kapaki-pakinabang Mga katangian ng kemikal silikon at mga compound nito, mga lugar ng aplikasyon, pag-uusapan din natin kung paano nakakaapekto ang silikon sa mga katangian ng bakal at iba pang mga metal.

Upang magsimula, pag-isipan natin ang mga pangkalahatang katangian ng silikon. Mula 27.6 hanggang 29.5% ng masa crust ng lupa bumubuo ng silikon. Sa tubig ng dagat, ang konsentrasyon ng elemento ay patas din - hanggang sa 3 mg / l.

Sa mga tuntunin ng pagkalat sa lithosphere, ang silikon ay sumasakop sa pangalawang lugar ng karangalan pagkatapos ng oxygen. Gayunpaman, ang pinakakilalang anyo nito, ang silica, ay isang oksido, at tiyak na ang mga katangian nito ang naging batayan para sa malawak na aplikasyon.

Sasabihin sa iyo ng video na ito kung ano ang silikon:

Konsepto at mga tampok

Ang silikon ay isang di-metal, ngunit iba't ibang kondisyon maaaring magpakita ng parehong acidic at pangunahing mga katangian. Ito ay isang tipikal na semiconductor at lubhang malawak na ginagamit sa electrical engineering. Ang mga katangiang pisikal at kemikal nito ay higit na tinutukoy ng allotropic state. Kadalasan, nakikitungo sila sa mala-kristal na anyo, dahil ang mga katangian nito ay higit na hinihiling sa pambansang ekonomiya.

Ang Silicon ay isa sa mga pangunahing macronutrients sa katawan ng tao. Ang kakulangan nito ay nakapipinsala sa kondisyon tissue ng buto, buhok, balat, kuko. Bilang karagdagan, ang silikon ay nakakaapekto sa pagganap ng immune system.
Sa gamot, ang elemento, o sa halip, ang mga compound nito, ay natagpuan ang kanilang unang paggamit sa kapasidad na ito. Ang tubig mula sa mga balon na may linyang bato ay naiiba hindi lamang sa kadalisayan, ngunit nagkaroon din ng positibong epekto sa paglaban sa Nakakahawang sakit. Ngayon, ang mga compound na may silikon ay nagsisilbing batayan para sa mga gamot laban sa tuberculosis, atherosclerosis, at arthritis.
Sa pangkalahatan, ang non-metal ay hindi aktibo, gayunpaman, kahit na sa purong anyo mahirap siyang makilala. Ito ay dahil sa ang katunayan na sa hangin ito ay mabilis na na-passivated ng isang layer ng dioxide at huminto sa reaksyon. Kapag pinainit, tumataas ang aktibidad ng kemikal. Bilang resulta, ang sangkatauhan ay mas pamilyar sa mga compound ng bagay, at hindi sa sarili nito.

Kaya, ang silikon ay bumubuo ng mga haluang metal na may halos lahat ng mga metal - silicide. Ang lahat ng mga ito ay nakikilala sa pamamagitan ng kanilang refractoriness at tigas at ginagamit sa kani-kanilang mga lugar: gas turbines, furnace heaters.

Ang isang non-metal ay inilalagay sa talahanayan ng D. I. Mendeleev sa pangkat 6 kasama ang carbon, germanium, na nagpapahiwatig ng isang tiyak na pagkakapareho sa mga sangkap na ito. Kaya, sa carbon, ito ay "katulad" na may kakayahang bumuo ng mga compound ng organic na uri. Kasabay nito, ang silikon, tulad ng germanium, ay maaaring magpakita ng mga katangian ng isang metal sa ilang mga kemikal na reaksyon, na ginagamit sa synthesis.

Mga kalamangan at kahinaan

Tulad ng anumang iba pang sangkap sa mga tuntunin ng aplikasyon sa pambansang ekonomiya, ang silikon ay may ilang kapaki-pakinabang o hindi masyadong mga katangian. Mahalaga ang mga ito para sa pagtukoy ng lugar ng paggamit.

Ang isang makabuluhang bentahe ng sangkap ay ang nito pagkakaroon. Sa kalikasan, gayunpaman, wala ito sa isang libreng anyo, ngunit gayon pa man, ang teknolohiya para sa pagkuha ng silikon ay hindi masyadong kumplikado, bagaman ito ay nakakaubos ng enerhiya.
Ang pangalawang pinakamahalagang bentahe ay maramihang pagbuo ng tambalan na may pambihirang kapaki-pakinabang na mga katangian. Ang mga ito ay silanes, at silicides, at dioxide, at, siyempre, iba't ibang silicates. Ang kakayahan ng silikon at mga compound nito na bumuo ng mga kumplikadong solidong solusyon ay halos walang katapusan, na ginagawang posible na walang katapusang makakuha ng iba't ibang mga pagkakaiba-iba ng salamin, bato at keramika.
Mga Katangian ng Semiconductor Ang non-metal ay nagbibigay sa kanya ng isang lugar bilang base material sa electrical at radio engineering.
Ang nonmetal ay hindi nakakalason, na nagbibigay-daan sa aplikasyon sa anumang industriya, at sa parehong oras ay hindi ginagawang potensyal na mapanganib ang proseso ng teknolohikal.

Ang mga disadvantages ng materyal ay kinabibilangan lamang ng kamag-anak na brittleness na may mahusay na katigasan. Ang silikon ay hindi ginagamit para sa mga istrukturang nagdadala ng pagkarga, ngunit ginagawang posible ng kumbinasyong ito na maayos na maiproseso ang ibabaw ng mga kristal, na mahalaga para sa instrumentasyon.

Pag-usapan natin ngayon ang mga pangunahing katangian ng silikon.

Mga katangian at katangian

Dahil ang mala-kristal na silikon ay kadalasang ginagamit sa industriya, tiyak na ang mga katangian nito ang mas mahalaga, at sila ang ibinibigay sa teknikal na mga detalye. Ang mga pisikal na katangian ng isang sangkap ay:

punto ng pagkatunaw - 1417 C;
punto ng kumukulo - 2600 C;
ang density ay 2.33 g/cu. tingnan, na nagpapahiwatig ng hina;
Ang kapasidad ng init, pati na rin ang thermal conductivity, ay hindi pare-pareho kahit na sa mga purest sample: 800 J / (kg K), o 0.191 cal / (g deg) at 84-126 W / (m K), o 0.20-0, 30 cal/(cm sec deg), ayon sa pagkakabanggit;
transparent sa long-wave infrared radiation, na ginagamit sa infrared optics;
dielectric constant - 1.17;
tigas sa sukat ng Mohs - 7.

Ang mga electrical properties ng isang non-metal ay lubos na nakadepende sa mga impurities. Sa industriya, ang tampok na ito ay ginagamit sa pamamagitan ng modulate ng nais na uri ng semiconductor. Sa normal na temperatura, ang silikon ay malutong, ngunit kapag pinainit sa itaas 800 C, posible ang plastic deformation.

Ang mga katangian ng amorphous na silikon ay kapansin-pansing naiiba: ito ay lubos na hygroscopic at mas aktibong tumutugon kahit na sa normal na temperatura.

Ang istraktura at komposisyon ng kemikal, pati na rin ang mga katangian ng silikon, ay tinalakay sa video sa ibaba:

Komposisyon at istraktura

Ang silikon ay umiiral sa dalawang allotropic na anyo, pantay na matatag sa normal na temperatura.

Crystal Ito ay may hitsura ng isang madilim na kulay-abo na pulbos. Ang sangkap, bagama't mayroon itong mala-brilyante na kristal na sala-sala, ay marupok - dahil sa masyadong mahabang ugnayan sa pagitan ng mga atomo. Ang interes ay ang mga katangian ng semiconductor nito.
Sa napaka mataas na presyon magagamit heksagonal pagbabago na may density na 2.55 g / cu. tingnan Gayunpaman, ang bahaging ito ay hindi pa nakakahanap ng praktikal na kahalagahan.
Walang hugis- Kayumangging pulbos. Hindi tulad ng mala-kristal na anyo, mas aktibo itong tumutugon. Ito ay dahil hindi masyado sa inertness ng unang anyo, ngunit sa katotohanan na sa hangin ang sangkap ay natatakpan ng isang layer ng dioxide.

Bilang karagdagan, kinakailangang isaalang-alang ang isa pang uri ng pag-uuri na nauugnay sa laki ng silikon na kristal, na magkakasamang bumubuo ng isang sangkap. Ang kristal na sala-sala, tulad ng kilala, ay nagpapahiwatig ng pag-order hindi lamang ng mga atomo, kundi pati na rin ng mga istruktura na nabuo ng mga atomo na ito - ang tinatawag na long-range order. Kung mas malaki ito, mas magiging homogenous ang substance sa mga katangian.

monocrystalline– ang sample ay isang kristal. Ang istraktura nito ay nakaayos hangga't maaari, ang mga katangian ay homogenous at mahusay na mahuhulaan. Ito ang materyal na ito na pinaka-in demand sa electrical engineering. Gayunpaman, kabilang din ito sa pinakamahal na uri, dahil ang proseso ng pagkuha nito ay kumplikado, at ang rate ng paglago ay mababa.
Multicrystalline– ang sample ay binubuo ng maraming malalaking mala-kristal na butil. Ang mga hangganan sa pagitan ng mga ito ay bumubuo ng karagdagang mga antas ng depekto, na binabawasan ang pagganap ng sample bilang isang semiconductor at humahantong sa mas mabilis na pagsusuot. Ang teknolohiya para sa pagpapalaki ng isang multicrystal ay mas simple, at samakatuwid ang materyal ay mas mura.
Polycrystalline- binubuo isang malaking bilang mga butil na nakaayos nang random na may paggalang sa isa't isa. Ito ang purest variety ng industrial silicon, na ginagamit sa microelectronics at solar energy. Kadalasan ito ay ginagamit bilang isang hilaw na materyal para sa lumalaking multi- at solong mga kristal.
Ang amorphous silicon ay sumasakop din ng isang hiwalay na posisyon sa pag-uuri na ito. Dito ang pagkakasunud-sunod ng mga atomo ay pinananatili lamang sa pinakamaikling distansya. Gayunpaman, sa electrical engineering, ginagamit pa rin ito sa anyo ng mga manipis na pelikula.

Non-metal na produksyon

Ito ay hindi napakadaling makakuha ng purong silikon, dahil sa inertness ng mga compound nito at ang mataas na punto ng pagkatunaw ng karamihan sa mga ito. Sa industriya, ang pagbabawas ng carbon dioxide ay kadalasang ginagamit. Ang reaksyon ay isinasagawa sa mga arc furnaces sa temperatura ng 1800 C. Kaya, ang isang di-metal na may kadalisayan ng 99.9% ay nakuha, na hindi sapat para sa paggamit nito.

Ang resultang materyal ay chlorinated upang makakuha ng chlorides at hydrochlorides. Ang mga koneksyon ay pagkatapos ay nalinis sa lahat posibleng pamamaraan mula sa mga impurities at bawasan ng hydrogen.

Posible rin na linisin ang sangkap sa pamamagitan ng pagkuha ng magnesium silicide. Ang silicide ay nakalantad sa hydrochloric o acetic acid. Ang Silane ay nakuha, at ang huli ay dinadalisay iba't ibang paraan- sorption, rectification at iba pa. Pagkatapos ang silane ay decomposed sa hydrogen at silikon sa isang temperatura ng 1000 C. Sa kasong ito, ang isang sangkap na may isang impurity fraction ng 10 -8 -10 -6% ay nakuha.

Paggamit ng droga

Para sa industriya, ang mga electrophysical na katangian ng non-metal ay ang pinakamalaking interes. Ang single-crystal form nito ay isang indirect-gap semiconductor. Ang mga katangian nito ay tinutukoy ng mga impurities, na ginagawang posible upang makakuha ng mga kristal na silikon na may nais na mga katangian. Kaya, ang pagdaragdag ng boron, indium ay ginagawang posible na lumago ang isang kristal na may butas na kondaktibiti, at ang pagpapakilala ng posporus o arsenic - isang kristal na may elektronikong kondaktibiti.

Ang Silicon ay literal na nagsisilbing batayan ng modernong electrical engineering. Ang mga transistor, photocell, integrated circuit, diode at iba pa ay ginawa mula dito. Bukod dito, ang pag-andar ng aparato ay halos palaging tinutukoy lamang ng malapit-ibabaw na layer ng kristal, na humahantong sa napaka-tiyak na mga kinakailangan para sa paggamot sa ibabaw.
Sa metalurhiya, ang teknikal na silikon ay ginagamit pareho bilang isang haluang metal modifier - nagbibigay ito ng higit na lakas, at bilang isang bahagi - sa, halimbawa, at bilang isang deoxidizer - sa paggawa ng cast iron.
Ang ultra-pure at pinong metalurhiko ay bumubuo sa batayan ng solar energy.
Ang non-metal dioxide ay matatagpuan sa kalikasan sa napaka iba't ibang anyo. Ang mga uri ng kristal nito ay opal, agata, carnelian, amethyst, rhinestone, ay natagpuan ang kanilang lugar sa negosyo ng alahas. Ang mga pagbabago na hindi gaanong kaakit-akit sa hitsura - flint, quartz, ay ginagamit sa metalurhiya, at sa konstruksyon, at sa radio electrical engineering.
Ang tambalan ng isang non-metal na may carbon - carbide, ay ginagamit sa metalurhiya, at sa paggawa ng instrumento, at sa industriya ng kemikal. Ito ay isang malawak na puwang na semiconductor, na nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na tigas - 7 sa sukat ng Mohs, at lakas, na nagpapahintulot na magamit ito bilang isang nakasasakit na materyal.
Silicates - iyon ay, mga asing-gamot ng silicic acid. Hindi matatag, madaling mabulok sa ilalim ng impluwensya ng temperatura. Ang mga ito ay kapansin-pansin dahil bumubuo sila ng marami at iba't ibang mga asin. Ngunit ang huli ay ang batayan para sa paggawa ng salamin, keramika, faience, kristal, at. Maaari nating ligtas na sabihin na ang modernong konstruksiyon ay batay sa iba't ibang mga silicate.
Ang salamin ang pinakakinakatawan dito kawili-wiling kaso. Ito ay batay sa aluminosilicates, ngunit hindi gaanong karumihan ng iba pang mga sangkap - kadalasang mga oxide, binibigyan ang materyal ng isang masa iba't ibang katangian, kasama ang kulay. -, earthenware, porselana, sa katunayan, ay may parehong formula, kahit na may ibang ratio ng mga bahagi, at ang pagkakaiba-iba nito ay kamangha-manghang din.
Ang isang non-metal ay may isa pang kakayahan: ito ay bumubuo ng mga carbon-type na compound, sa anyo ng isang mahabang kadena ng mga atomo ng silikon. Ang ganitong mga compound ay tinatawag na organosilicon compound. Ang saklaw ng kanilang aplikasyon ay hindi gaanong kilala - ito ay mga silicones, sealant, lubricant, at iba pa.

Ang silikon ay isang pangkaraniwang elemento at napakahalaga sa napakaraming lugar. Pambansang ekonomiya. Bukod dito, hindi lamang ang sangkap mismo ang aktibong ginagamit, ngunit ang lahat ng iba't ibang at maraming mga compound nito.

Tatalakayin ng video na ito ang tungkol sa mga katangian at aplikasyon ng silikon:

Panimula

Kabanata 2. Mga kemikal na compound ng carbon

2.1 Mga derivative ng oxygen ng carbon

2.1.1 +2 estado ng oksihenasyon

2.1.2 +4 estado ng oksihenasyon

2.3 Metal carbide

2.3.1 Carbides na natutunaw sa tubig at dilute acids

2.3.2 Carbides na hindi matutunaw sa tubig at sa dilute acids

Kabanata 3. Mga Silicon Compound

3.1 Mga compound ng oxygen na silikon

Bibliograpiya

Panimula

Ang kimika ay isa sa mga sangay ng natural na agham, ang paksa nito ay mga elemento ng kemikal(mga atomo), ang simple at kumplikadong mga sangkap (mga molekula) na kanilang nabuo, ang kanilang mga pagbabago, at ang mga batas na namamahala sa mga pagbabagong ito.

Sa pamamagitan ng kahulugan, D.I. Mendeleev (1871), "ang kimika sa kasalukuyan nitong estado ay maaaring ... matatawag na doktrina ng mga elemento."

Ang pinagmulan ng salitang "chemistry" ay hindi lubos na malinaw. Maraming mga mananaliksik ang naniniwala na nagmula ito sa sinaunang pangalan ng Egypt - Hemia (Greek Chemia, na matatagpuan sa Plutarch), na nagmula sa "hem" o "hame" - itim at nangangahulugang "agham ng itim na lupa" (Ehipto), " agham ng Ehipto".

Ang modernong kimika ay malapit na konektado kapwa sa iba pang mga natural na agham at sa lahat ng sangay ng pambansang ekonomiya.

Ang husay na katangian ng kemikal na anyo ng paggalaw ng bagay, at ang mga paglipat nito sa iba pang mga anyo ng paggalaw, ay tumutukoy sa versatility ng kemikal na agham at ang koneksyon nito sa mga lugar ng kaalaman na nag-aaral sa parehong mas mababa at mas mataas na mga anyo ng paggalaw. Ang kaalaman sa kemikal na anyo ng paggalaw ng bagay ay nagpapayaman sa pangkalahatang doktrina ng pag-unlad ng kalikasan, ang ebolusyon ng bagay sa Uniberso, at nag-aambag sa pagbuo ng isang mahalagang materyalistikong larawan ng mundo. Ang pakikipag-ugnay ng kimika sa iba pang mga agham ay nagbibigay ng mga tiyak na lugar ng kanilang pagpasok sa isa't isa. Kaya, ang mga lugar ng paglipat sa pagitan ng kimika at pisika ay kinakatawan ng pisikal na kimika at kemikal na pisika. Sa pagitan ng chemistry at biology, chemistry at geology, lumitaw ang mga espesyal na lugar sa hangganan - geochemistry, biochemistry, biogeochemistry, molecular biology. Ang pinakamahalagang batas ng kimika ay nabuo sa matematikal na wika, at ang teoretikal na kimika ay hindi maaaring umunlad nang walang matematika. Ang Chemistry ay nagsagawa at nagbibigay ng impluwensya sa pag-unlad ng pilosopiya, at mismong nakaranas at nakakaranas ng impluwensya nito.

Sa kasaysayan, dalawang pangunahing sangay ng kimika ang nabuo: inorganic chemistry, na pangunahing pinag-aaralan ang mga elemento ng kemikal at ang simple at kumplikadong mga sangkap na kanilang nabuo (maliban sa mga carbon compound), at organic na kimika, na ang paksa ay ang mga compound ng carbon sa iba pang mga elemento ( mga organikong sangkap).

Hanggang sa katapusan ng ika-18 siglo, ang mga terminong "inorganic chemistry" at "organic chemistry" ay ipinahiwatig lamang kung saan nakuha ang "kaharian" ng kalikasan (mineral, halaman o hayop). Simula noong ika-19 na siglo. ang mga terminong ito ay dumating upang ipahiwatig ang pagkakaroon o kawalan ng carbon sa isang partikular na sangkap. Pagkatapos ay nakakuha sila ng bago, mas malawak na kahulugan. Ang inorganic na chemistry ay pangunahing nakikipag-ugnayan sa geochemistry at pagkatapos ay sa mineralogy at geology, i.e. sa mga agham ng di-organikong kalikasan. Organikong kimika ay kumakatawan sa isang sangay ng kimika na nag-aaral ng iba't ibang mga carbon compound hanggang sa pinaka kumplikadong biopolymer substance. Sa pamamagitan ng organic at bioorganic chemistry, ang chemistry ay naghahangganan sa biochemistry at higit pa sa biology, i.e. kasama ang kabuuan ng mga agham ng buhay na kalikasan. Sa junction sa pagitan ng inorganic at organic chemistry ay ang lugar ng mga organoelement compound.

Sa kimika, ang mga ideya tungkol sa mga antas ng istruktura ng organisasyon ng bagay ay unti-unting nabuo. Ang komplikasyon ng isang substance, simula sa pinakamababa, atomic, ay dumadaan sa mga hakbang ng molecular, macromolecular, o high-molecular compound (polymer), pagkatapos ay intermolecular (complex, clathrate, catenane), at panghuli, magkakaibang macrostructures (crystal, micelle. ) hanggang sa hindi tiyak na non-stoichiometric formations. Ang kaukulang mga disiplina ay unti-unting nabuo at naging isolated: ang kimika ng mga kumplikadong compound, polymers, crystal chemistry, ang pag-aaral ng mga dispersed system at surface phenomena, alloys, atbp.

Pag-aaral ng mga bagay at phenomena ng kemikal pisikal na pamamaraan, pagtatatag ng mga batas ng mga pagbabagong kemikal, batay sa pangkalahatang mga prinsipyo pisika, pinagbabatayan ng pisikal na kimika. Kasama sa larangang ito ng kimika ang isang bilang ng mga independiyenteng disiplina: chemical thermodynamics, chemical kinetics, electrochemistry, colloid chemistry, quantum chemistry at ang pag-aaral ng istraktura at mga katangian ng mga molekula, ion, radical, radiation chemistry, photochemistry, ang doktrina ng catalysis, chemical equilibrium, solusyon at iba pa. analitikal na kimika, na ang mga pamamaraan ay malawakang ginagamit sa lahat ng larangan ng kimika at industriya ng kemikal. Sa mga lugar ng praktikal na aplikasyon ng kimika, lumitaw ang mga agham at siyentipikong disiplina tulad ng teknolohiyang kemikal na may maraming sangay, metalurhiya, kimika ng agrikultura, kimika medikal, kimika ng forensic, atbp., na lumitaw.

Tulad ng nabanggit sa itaas, isinasaalang-alang ng kimika ang mga elemento ng kemikal at ang mga sangkap na nabuo nito, pati na rin ang mga batas na namamahala sa mga pagbabagong ito. Isa sa mga aspetong ito (ibig sabihin, mga kemikal na compound batay sa silikon at carbon) at isasaalang-alang ko sa papel na ito.

Kabanata 1. Silicon at carbon - mga elemento ng kemikal

1.1 Panimula sa carbon at silicon

Ang Carbon (C) at silicon (Si) ay mga miyembro ng IVA group.

Ang carbon ay hindi isang pangkaraniwang elemento. Sa kabila nito, napakalaki ng kahalagahan nito. Carbon ang batayan ng buhay sa mundo. Ito ay bahagi ng carbonates (Ca, Zn, Mg, Fe, atbp.) na karaniwan sa kalikasan, na umiiral sa atmospera sa anyo ng CO 2, nangyayari sa anyo ng mga natural na uling (amorphous graphite), langis at natural. gas, pati na rin ang mga simpleng sangkap ( brilyante, grapayt).

Ang silikon ay ang pangalawang pinakamaraming elemento sa crust ng lupa (pagkatapos ng oxygen). Kung ang carbon ang batayan ng buhay, kung gayon ang silikon ang batayan ng crust ng lupa. Ito ay matatagpuan sa isang malaking uri ng silicates (Fig. 4) at aluminosilicates, buhangin.

Ang amorphous silicon ay isang kayumangging pulbos. Ang huli ay madaling makuha sa mala-kristal na estado sa anyo ng kulay abong matigas, ngunit sa halip ay malutong na mga kristal. Ang mala-kristal na silikon ay isang semiconductor.

Talahanayan 1. Pangkalahatang data ng kemikal sa carbon at silicon.

Ang pagbabago ng carbon stable sa ordinaryong temperatura - grapayt - ay isang opaque, gray greasy mass. Ang brilyante - ang pinakamatigas na sangkap sa mundo - ay walang kulay at transparent. Ang mga kristal na istruktura ng grapayt at brilyante ay ipinapakita sa Fig.1.

Figure 1. Ang istraktura ng isang brilyante (a); istraktura ng grapayt (b)

Ang carbon at silicon ay may sariling mga partikular na derivatives.

Talahanayan 2. Ang pinaka-katangiang derivatives ng carbon at silikon

1.2 Paghahanda, mga katangian ng kemikal at paggamit ng mga simpleng sangkap

Ang silikon ay nakuha sa pamamagitan ng pagbabawas ng mga oxide na may carbon; upang makuha sa isang partikular na dalisay na estado pagkatapos ng pagbawas, ang sangkap ay inililipat sa tetrachloride at muling binawasan (na may hydrogen). Pagkatapos ito ay natutunaw sa mga ingot at sumasailalim sa paglilinis sa pamamagitan ng pagtunaw ng zone. Ang isang ingot ng metal ay pinainit mula sa isang dulo upang ang isang zone ng tinunaw na metal ay nabuo sa loob nito. Kapag ang zone ay lumipat sa kabilang dulo ng ingot, ang karumihan, na natutunaw sa tinunaw na metal na mas mahusay kaysa sa solid, ay aalisin, at sa gayon ang metal ay dinadalisay.

Ang carbon ay hindi gumagalaw, ngunit sa napakataas na temperatura (sa amorphous na estado) ito ay nakikipag-ugnayan sa karamihan ng mga metal upang bumuo ng mga solidong solusyon o carbides (CaC 2, Fe 3 C, atbp.), pati na rin sa maraming metalloid, halimbawa:

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

Ang silikon ay mas reaktibo. Ito ay tumutugon sa fluorine na nasa ordinaryong temperatura: Si + 2F 2 \u003d SiF 4

Ang Silicon ay may napakataas na pagkakaugnay din para sa oxygen:

Ang reaksyon sa chlorine at sulfur ay nagpapatuloy sa halos 500 K. Sa napaka mataas na temperatura nakikipag-ugnayan ang silikon sa nitrogen at carbon:

Ang Silicon ay hindi direktang nakikipag-ugnayan sa hydrogen. Ang silikon ay natutunaw sa alkalis:

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

Ang mga acid maliban sa hydrofluoric ay hindi nakakaapekto dito. Sa HF may reaction

Si+6HF=H 2 +2H 2 .

Ang carbon sa komposisyon ng iba't ibang mga uling, langis, natural (pangunahin ang CH4), pati na rin ang mga artipisyal na nakuha na gas ay ang pinakamahalagang base ng gasolina ng ating planeta

Panimula

2.1.1 +2 estado ng oksihenasyon

2.1.2 +4 estado ng oksihenasyon

2.3 Metal carbide

Kabanata 3. Mga Silicon Compound

Bibliograpiya

Panimula

Ang Chemistry ay isa sa mga sangay ng natural na agham, ang paksa kung saan ay ang mga elemento ng kemikal (atoms), ang simple at kumplikadong mga sangkap (molekula) na kanilang nabuo, ang kanilang mga pagbabago at ang mga batas na sinusunod ng mga pagbabagong ito.

Sa pamamagitan ng kahulugan, D.I. Mendeleev (1871), "ang kimika sa kasalukuyan nitong estado ay maaaring ... matatawag na doktrina ng mga elemento."

Ang modernong kimika ay malapit na konektado kapwa sa iba pang mga natural na agham at sa lahat ng sangay ng pambansang ekonomiya.

Hanggang sa katapusan ng ika-18 siglo, ang mga terminong "inorganic chemistry" at "organic chemistry" ay ipinahiwatig lamang kung saan nakuha ang "kaharian" ng kalikasan (mineral, halaman o hayop). Simula noong ika-19 na siglo. ang mga terminong ito ay dumating upang ipahiwatig ang pagkakaroon o kawalan ng carbon sa isang partikular na sangkap. Pagkatapos ay nakakuha sila ng bago, mas malawak na kahulugan. Ang inorganic na chemistry ay pangunahing nakikipag-ugnayan sa geochemistry at pagkatapos ay sa mineralogy at geology, i.e. sa mga agham ng di-organikong kalikasan. Ang organikong kimika ay isang sangay ng kimika na nag-aaral ng iba't ibang mga carbon compound hanggang sa pinaka kumplikadong biopolymer substance. Sa pamamagitan ng organic at bioorganic chemistry, ang chemistry ay naghahangganan sa biochemistry at higit pa sa biology, i.e. kasama ang kabuuan ng mga agham ng buhay na kalikasan. Sa junction sa pagitan ng inorganic at organic chemistry ay ang lugar ng mga organoelement compound.

Ang pag-aaral ng mga kemikal na bagay at phenomena sa pamamagitan ng mga pisikal na pamamaraan, ang pagtatatag ng mga pattern ng mga pagbabagong kemikal, batay sa mga pangkalahatang prinsipyo ng pisika, ay sumasailalim sa pisikal na kimika. Kasama sa larangang ito ng kimika ang isang bilang ng mga independiyenteng disiplina: chemical thermodynamics, chemical kinetics, electrochemistry, colloid chemistry, quantum chemistry at ang pag-aaral ng istraktura at mga katangian ng mga molekula, ion, radical, radiation chemistry, photochemistry, ang doktrina ng catalysis, chemical equilibrium, mga solusyon at iba pa. Ang analytical chemistry ay nakakuha ng isang malayang katangian , na ang mga pamamaraan ay malawakang ginagamit sa lahat ng larangan ng kimika at industriya ng kemikal. Sa mga lugar ng praktikal na aplikasyon ng kimika, lumitaw ang mga agham at siyentipikong disiplina tulad ng teknolohiyang kemikal na may maraming sangay, metalurhiya, kimika ng agrikultura, kimika medikal, kimika ng forensic, atbp., na lumitaw.

Kabanata 1. Silicon at carbon - mga elemento ng kemikal

1.1 Panimula sa carbon at silicon

Ang Carbon (C) at silicon (Si) ay mga miyembro ng IVA group.

Talahanayan 1. Pangkalahatang data ng kemikal sa carbon at silicon.

Figure 1. Ang istraktura ng isang brilyante (a); istraktura ng grapayt (b)

Ang carbon at silicon ay may sariling mga partikular na derivatives.

Talahanayan 2. Ang pinaka-katangiang derivatives ng carbon at silikon

1.2 Paghahanda, mga katangian ng kemikal at paggamit ng mga simpleng sangkap

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

Ang silikon ay mas reaktibo. Ito ay tumutugon sa fluorine na nasa ordinaryong temperatura: Si + 2F 2 \u003d SiF 4

Ang Silicon ay may napakataas na pagkakaugnay din para sa oxygen:

Ang reaksyon sa chlorine at sulfur ay nagpapatuloy sa humigit-kumulang 500 K. Sa napakataas na temperatura, ang silicon ay nakikipag-ugnayan sa nitrogen at carbon:

Ang Silicon ay hindi direktang nakikipag-ugnayan sa hydrogen. Ang silikon ay natutunaw sa alkalis:

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

Ang mga acid maliban sa hydrofluoric ay hindi nakakaapekto dito. Sa HF may reaction

Si+6HF=H 2 +2H 2 .

Ang carbon sa komposisyon ng iba't ibang mga uling, langis, natural (pangunahin ang CH4), pati na rin ang mga artipisyal na nakuha na gas ay ang pinakamahalagang base ng gasolina ng ating planeta

Ang graphite ay malawakang ginagamit sa paggawa ng mga crucibles. Ang mga graphite rod ay ginagamit bilang mga electrodes. Maraming grapayt ang napupunta sa paggawa ng mga lapis. Ang carbon at silicon ay ginagamit upang makagawa ng iba't ibang grado ng cast iron. Sa metalurhiya, ang carbon ay ginagamit bilang isang ahente ng pagbabawas, at ang silikon, dahil sa mataas na pagkakaugnay nito para sa oxygen, bilang isang deoxidizer. Ang mala-kristal na silikon sa isang partikular na dalisay na estado (hindi hihigit sa 10 -9 at.% na karumihan) ay ginagamit bilang isang semiconductor sa iba't ibang mga aparato at aparato, kabilang ang bilang mga transistor at thermistor (mga aparato para sa napakahusay na pagsukat ng temperatura), gayundin sa mga photocell, ang operasyon kung saan Ito ay batay sa kakayahan ng isang semiconductor na magsagawa ng kasalukuyang kapag naiilaw.

Kabanata 2. Mga kemikal na compound ng carbon

Ang carbon ay nailalarawan sa pamamagitan ng malakas na covalent bond sa pagitan ng sarili nitong mga atomo (C-C) at ng hydrogen atom (C-H), na makikita sa kasaganaan ng mga organikong compound (ilang daang milyon). Bilang karagdagan sa matibay Mga koneksyon sa C-H, C-C sa iba't ibang klase ng organic at inorganic compound, ang mga carbon bond na may nitrogen, sulfur, oxygen, halogens, at metal ay malawak na kinakatawan (tingnan ang Talahanayan 5). Ang ganitong mataas na posibilidad ng pagbuo ng bono ay dahil sa maliit na sukat ng carbon atom, na nagpapahintulot sa mga valence orbital nito na 2s 2, 2p 2 na mag-overlap hangga't maaari. Ang pinakamahalagang inorganikong compound ay inilarawan sa Talahanayan 3.

Sa mga inorganic na carbon compound, ang nitrogen-containing derivatives ay natatangi sa komposisyon at istraktura.

Sa inorganic chemistry, ang mga derivatives ng acetic CH3COOH at oxalic H 2 C 2 O 4 acids ay malawak na kinakatawan - acetates (type M "CH3COO) at oxalates (type M I 2 C 2 O 4).

Talahanayan 3. Ang pinakamahalagang inorganikong compound ng carbon.

2.1 Mga derivative ng oxygen ng carbon

2.1.1 +2 estado ng oksihenasyon

Carbon monoxide CO (carbon monoxide): ayon sa istruktura ng mga molecular orbitals (Talahanayan 4).

Ang CO ay katulad ng N 2 molecule. Tulad ng nitrogen, ang CO ay may mataas na dissociation energy (1069 kJ/mol), may mababang Tmelt (69 K) at Tbp (81.5 K), ay hindi gaanong natutunaw sa tubig, at chemically inert. Ang CO ay tumutugon lamang sa mataas na temperatura, kabilang ang:

CO + Cl 2 \u003d COCl 2 (phosgene),

CO + Br 2 \u003d SOVg 2, Cr + 6CO \u003d Cr (CO) 6 -chromium carbonyl,

Ni + 4CO \u003d Ni (CO) 4 - nickel carbonyl

CO + H 2 0 pares \u003d HCOOH (formic acid).

Kasabay nito, ang molekula ng CO ay may mataas na pagkakaugnay para sa oxygen:

CO +1/202 \u003d C0 2 +282 kJ / mol.

Dahil sa mataas na pagkakaugnay nito para sa oxygen, ginagamit ang carbon monoxide (II) bilang pampababa ng ahente para sa mga oxide ng maraming mabibigat na metal (Fe, Co, Pb, atbp.). Sa laboratoryo, ang CO oxide ay nakukuha sa pamamagitan ng pag-dehydrate ng formic acid.

Sa teknolohiya, ang carbon monoxide (II) ay nakuha sa pamamagitan ng pagbabawas ng CO 2 na may karbon (C + CO 2 \u003d 2CO) o sa pamamagitan ng oxidizing methane (2CH 4 + 3O 2 \u003d \u003d 4H 2 0 + 2CO).

Sa mga CO derivatives, ang mga metal carbonyl ay may mahusay na teoretikal at tiyak na praktikal na interes (para sa pagkuha ng mga purong metal).

Ang mga kemikal na bono sa mga carbonyl ay pangunahing nabuo sa pamamagitan ng mekanismo ng donor-acceptor dahil sa mga libreng orbital d- elemento at ang pares ng elektron ng molekula ng CO, mayroon ding n-nagpapatong ng mekanismo ng dative (metal CO). Ang lahat ng mga metal na carbonyl ay mga diamagnetic na sangkap na nailalarawan sa mababang lakas. Tulad ng carbon monoxide (II), ang mga metal na carbonyl ay nakakalason.

Talahanayan 4. Pamamahagi ng mga electron sa ibabaw ng mga orbital ng molekula ng CO

2.1.2 +4 estado ng oksihenasyon

Carbon dioxide CO 2 (carbon dioxide). Ang molekula ng CO 2 ay linear. Ang scheme ng enerhiya para sa pagbuo ng mga orbital ng molekula ng CO 2 ay ipinapakita sa Fig. 2. Ang carbon monoxide (IV) ay maaaring tumugon sa ammonia sa isang reaksyon.

Kapag ang asin na ito ay pinainit, ang isang mahalagang pataba ay nakuha - carbamide CO (MH 2) 2:

Ang urea ay nabubulok ng tubig

CO (NH 2) 2 + 2HaO \u003d (MH 4) 2COz.

Figure 2. Energy diagram ng pagbuo ng CO 2 molecular orbitals.

Sa teknolohiya, ang CO 2 oxide ay nakuha sa pamamagitan ng agnas ng calcium carbonate o sodium bikarbonate:

Sa mga kondisyon ng laboratoryo, kadalasang nakukuha ito sa pamamagitan ng reaksyon (sa Kipp apparatus)

CaCO3 + 2HC1 = CaC12 + CO2 + H20.

Ang pinakamahalagang derivatives ng CO 2 ay mahina carbonic acid H 2 CO s at ang mga asing-gamot nito: M I 2 CO 3 at M I HC 3 (carbonates at bicarbonates, ayon sa pagkakabanggit).

Karamihan sa mga carbonate ay hindi matutunaw sa tubig. Ang mga nalulusaw sa tubig na carbonate ay sumasailalim sa makabuluhang hydrolysis:

COz 2- + H 2 0 COz- + OH - (I stage).

Dahil sa kumpletong hydrolysis ng may tubig na solusyon imposibleng ihiwalay ang carbonates Cr 3+ , ai 3 + , Ti 4+ , Zr 4+ atbp.

Halos mahalaga ang Ka 2 CO3 (soda), K 2 CO3 (potash) at CaCO3 (chalk, marble, limestone). Ang mga bicarbonate, hindi katulad ng mga carbonate, ay natutunaw sa tubig. Mula sa bicarbonates praktikal na gamit hinahanap ang NaHCO 3 ( pag-inom ng soda). Ang mahahalagang pangunahing carbonates ay 2CuCO3-Cu (OH) 2 , PbCO 3 X XPb (OH) 2 .

Ang mga katangian ng carbon halides ay ibinibigay sa Talahanayan 6. Sa mga carbon halides, ang pinakamahalaga ay isang walang kulay, medyo nakakalason na likido. AT normal na kondisyon Ang CCI 4 ay chemically inert. Ginagamit ito bilang isang hindi nasusunog at hindi nasusunog na solvent para sa mga resin, barnis, taba, pati na rin para sa pagkuha ng freon CF 2 CI 2 (T bp = 303 K):

Ang isa pang organikong solvent na ginagamit sa pagsasanay ay ang carbon disulfide CSa (walang kulay, pabagu-bago ng isip na likido na may Tbp = 319 K) - isang reaktibong sangkap:

CS 2 +30 2 \u003d C0 2 + 2S0 2 +258 kcal / mol,

CS 2 + 3Cl 2 \u003d CCl 4 -S 2 Cl 2, CS 2 + 2H 2 0 \u003d\u003d C0 2 + 2H 2 S, CS 2 + K 2 S \u003d K 2 CS 3 (asin ng H thiocarbonic acid 2 CSz).

Ang mga singaw ng carbon disulfide ay nakakalason.

Ang hydrocyanic (hydrocyanic) acid HCN (H-C \u003d N) ay isang walang kulay, madaling mobile na likido, kumukulo sa 299.5 K. Sa 283 K, ito ay nagpapatigas. Ang HCN at ang mga derivatives nito ay lubhang nakakalason. Maaaring makuha ang HCN sa pamamagitan ng reaksyon

Ang hydrocyanic acid ay natutunaw sa tubig; kasabay nito ang mahinang paghihiwalay nito

HCN=H++CN-, K=6.2.10-10.

Ang mga hydrocyanic acid salts (cyanides) sa ilang mga reaksyon ay kahawig ng mga chlorides. Halimbawa, ang CH - -ion na may Ag + ions ay nagbibigay ng puting precipitate ng silver cyanide AgCN, hindi gaanong natutunaw sa mga mineral acid. Ang mga cyanides ng alkali at alkaline earth na mga metal ay natutunaw sa tubig. Dahil sa hydrolysis, ang kanilang mga solusyon ay amoy ng hydrocyanic acid (ang amoy ng mapait na almendras). Ang mabibigat na metal na cyanides ay hindi gaanong natutunaw sa tubig. Ang CN ay isang malakas na ligand, ang pinakamahalagang kumplikadong compound ay K 4 at Kz [Re (CN) 6].

Ang mga cyanides ay mga marupok na compound, na may matagal na pagkakalantad sa CO 2 na nasa hangin, ang mga cyanides ay nabubulok.

2KCN+C0 2 +H 2 0=K 2 C0 3 +2HCN.

(CN) 2 - cyanogen (N=C-C=N) -

walang kulay na nakakalason na gas; nakikipag-ugnayan sa tubig upang bumuo ng cyanic (HOCN) at hydrocyanic (HCN) acids:

(HCN) acids:

(CN) 2 + H 2 0 \u003d\u003d HOCN + HCN.

Dito, tulad ng sa reaksyon sa ibaba, ang (CN) 2 ay katulad ng isang halogen:

CO + (CN) 2 \u003d CO (CN) 2 (analogue ng phosgene).

Ang cyanic acid ay kilala sa dalawang tautomeric na anyo:

H-N=C=O==H-0-C=N.

Ang isomer ay ang acid H-0=N=C (explosive acid). Ang mga asin ng HONC ay sumasabog (ginagamit bilang mga detonator). Ang Rhodohydrogen acid HSCN ay isang walang kulay, madulas, pabagu-bago ng isip, madaling nagpapatigas na likido (Tm=278 K). Sa dalisay na estado, ito ay napaka-unstable; kapag ito ay nabubulok, ang HCN ay inilabas. Hindi tulad ng hydrocyanic acid, ang HSCN ay medyo malakas na acid (K=0.14). Ang HSCN ay nailalarawan sa pamamagitan ng tautomeric equilibrium:

H-N \u003d C \u003d S \u003d H-S-C \u003d N.

SCN - pulang-dugo na ion (reagent para sa Fe 3+ ion). Mga rhodanide na nagmula sa HSCN - madaling makuha mula sa mga cyanides sa pamamagitan ng pagdaragdag ng sulfur:

Karamihan sa mga thiocyanate ay natutunaw sa tubig. Ang mga asin ng Hg, Au, Ag, Cu ay hindi matutunaw sa tubig. Ang SCN- ion, tulad ng CN-, ay may posibilidad na magbigay ng mga complex ng uri M3 1 M "(SCN) 6, kung saan M" "Cu, Mg at ilang iba pa. Dirodan (SCN) 2 - light yellow crystals, natutunaw - 271 K Kunin ang (SCN) 2 sa pamamagitan ng reaksyon

2AgSCN+Br 2 ==2AgBr+ (SCN) 2 .

Sa iba pang mga compound na naglalaman ng nitrogen, dapat ipahiwatig ang cyanamide.

at ang hinango nito - calcium cyanamide CaCN 2 (Ca=N-C=N), na ginagamit bilang isang pataba.

2.3 Metal carbide

Ang mga karbida ay mga produkto ng pakikipag-ugnayan ng carbon sa mga metal, silikon at boron. Sa pamamagitan ng solubility, ang mga carbide ay nahahati sa dalawang klase: carbide na natutunaw sa tubig (o sa dilute acids), at carbides na hindi matutunaw sa tubig (o sa dilute acids).

2.3.1 Carbides na natutunaw sa tubig at dilute acids

A. Carbides na bumubuo ng C 2 H 2 kapag natunaw Kasama sa grupong ito ang mga carbide ng mga metal ng unang dalawang pangunahing grupo; malapit sa kanila ang mga carbides Zn, Cd, La, Ce, Th ng komposisyon MC 2 (LaC 2 , CeC 2 , ТhC 2 .)

CaC 2 + 2H 2 0 \u003d Ca (OH) 2 + C 2 H 2, ThC 2 + 4H 2 0 \u003d Th (OH) 4 + H 2 C 2 + H 2.

ANSz + 12H 2 0 \u003d 4Al (OH) s + ZSN 4, Be 2 C + 4H 2 0 \u003d 2Be (OH) 2 + CH 4. Ayon sa kanilang mga pag-aari, ang Mn z C ay malapit sa kanila:

Mn s C + 6H 2 0 \u003d ZMn (OH) 2 + CH 4 + H 2.

B. Carbides, na, kapag natunaw, ay bumubuo ng pinaghalong hydrocarbons at hydrogen. Kabilang dito ang karamihan sa mga bihirang earth metal carbide.

2.3.2 Carbides na hindi matutunaw sa tubig at sa dilute acids

Kasama sa pangkat na ito ang karamihan sa mga transition metal carbide (W, Mo, Ta, atbp.), pati na rin ang SiC, B 4 C.

Natutunaw ang mga ito sa mga kapaligirang nag-oxidizing, halimbawa:

VC + 3HN0 3 + 6HF \u003d HVF 6 + CO 2 + 3NO + 4H 2 0, SiC + 4KOH + 2C0 2 \u003d K 2 Si0 3 + K 2 C0 3 + 2H 2 0.

Larawan 3. Icosahedron B 12

Praktikal na mahalaga ang transition metal carbide, pati na rin ang silicon carbide SiC at boron B 4 C. SiC - carborundum - walang kulay na mga kristal na may isang brilyante na sala-sala, na lumalapit sa diyamante sa tigas (ang teknikal na SiC ay may madilim na kulay dahil sa mga impurities). Ang SiC ay lubhang matigas ang ulo, thermally conductive at electrically conductive sa mataas na temperatura, sobrang chemically inert; maaari lamang itong sirain sa pamamagitan ng pagsasanib sa hangin na may alkalis.

B 4 C - polimer. Ang boron carbide lattice ay binuo mula sa linearly arranged tatlong carbon atoms at mga grupo na naglalaman ng 12 B atoms na nakaayos sa anyo ng isang icosahedron (Fig. 3); ang tigas ng B4C ay mas mataas kaysa sa SiC.

Kabanata 3. Mga Silicon Compound

Ang pagkakaiba sa pagitan ng kimika ng silikon at carbon ay higit sa lahat dahil sa malaking sukat ng atom nito at ang posibilidad ng paggamit ng mga libreng 3d orbital. Dahil sa karagdagang pagbubuklod (ayon sa mekanismo ng donor-acceptor), ang mga silicon bond na may oxygen Si-O-Si at fluorine Si-F (Talahanayan 17.23) ay mas malakas kaysa sa carbon, at dahil sa mas malaking sukat ng Si atom, kumpara sa C atom, ang Si-H at Si-Si bond ay hindi gaanong malakas kaysa sa carbon. Ang mga atomo ng silikon ay halos walang kakayahang bumuo ng mga kadena. Ang homologous series ng silicon hydrogens SinH2n+2 (silanes) na kahalintulad sa hydrocarbons ay nakuha lamang hanggang sa komposisyon na Si4Hio. Dahil sa mas malaking sukat, ang Si atom ay mayroon ding mahinang ipinahayag na kakayahan para sa n-overlapping; samakatuwid, hindi lamang triple, kundi pati na rin ang mga dobleng bono ay may maliit na katangian para dito.

Kapag ang silikon ay nakikipag-ugnayan sa mga metal, ang mga silicid ay nabuo (Ca 2 Si, Mg 2 Si, BaSi 2, Cr 3 Si, CrSi 2, atbp.), na katulad sa maraming aspeto sa mga karbida. Ang mga silicide ay hindi katangian ng mga elemento ng pangkat I (maliban sa Li). Ang Silicon halides (Talahanayan 5) ay mas malakas na compound kaysa sa carbon halides; gayunpaman, sila ay nabubulok ng tubig.

Talahanayan 5. Lakas ng ilang bono ng carbon at silicon

Ang pinaka-matibay na silicon halide ay SiF 4 (nabubulok lamang ito sa ilalim ng pagkilos ng isang electric discharge), ngunit, tulad ng iba pang mga halide, sumasailalim ito sa hydrolysis. Kapag ang SiF 4 ay nakikipag-ugnayan sa HF, ang hexafluorosilicic acid ay nabuo:

SiF 4 +2HF=H 2 .

Ang H 2 SiF 6 ay malapit sa lakas sa H 2 S0 4 . Ang mga derivatives ng acid na ito - fluorosilicates, bilang panuntunan, ay natutunaw sa tubig. Ang alkali metal fluorosilicates (maliban sa Li at NH 4) ay hindi gaanong natutunaw. Ang mga fluorosilicate ay ginagamit bilang mga pestisidyo (insecticides).

Ang halos mahalagang halide ay SiCO 4 . Ito ay ginagamit upang makakuha ng mga organosilicon compound. Kaya, ang SiCL 4 ay madaling nakikipag-ugnayan sa mga alkohol upang bumuo ng silicic acid esters HaSiO 3:

SiCl 4 + 4C 2 H 5 OH \u003d Si (OC 2 H 5) 4 + 4HCl 4

Talahanayan 6. Carbon at silicon halides

Silicic acid esters, hydrolyzing, bumubuo ng mga silicones - mga polymeric na sangkap ng isang istraktura ng chain:

(R-organic radical), na natagpuan ang aplikasyon sa paggawa ng mga goma, langis at pampadulas.

Silicon sulfide (SiS 2) n-polymer substance; matatag sa normal na temperatura; nabulok ng tubig:

SiS 2 + ZN 2 O \u003d 2H 2 S + H 2 SiO 3.

3.1 Mga compound ng oxygen na silikon

Ang pinakamahalagang compound ng oxygen ng silikon ay ang silicon dioxide SiO 2 (silica), na may ilang mga pagbabagong mala-kristal.

Ang pagbabago sa mababang temperatura (hanggang sa 1143 K) ay tinatawag na quartz. Ang kuwarts ay may mga katangian ng piezoelectric. Mga likas na uri ng kuwarts: rock crystal, topaz, amethyst. Ang mga uri ng silica ay chalcedony, opal, agata,. jasper, buhangin.

Ang silica ay lumalaban sa kemikal; tanging fluorine, hydrofluoric acid at alkali solution ang kumikilos dito. Madali itong pumasa sa isang malasalamin na estado (kuwarts na baso). Ang quartz glass ay malutong, chemically at thermally medyo lumalaban. Ang silicic acid na naaayon sa SiO 2 ay walang tiyak na komposisyon. Ang silicic acid ay karaniwang isinusulat bilang xH 2 O-ySiO 2 . Ang mga silicic acid ay nahiwalay: H 2 SiO 3 (H 2 O-SiO 2) - metasilicon (tri-oxosilicon), H 4 Si0 4 (2H 2 0-Si0 2) - orthosilicon (tetra-oxosilicon), H 2 Si2O 5 (H 2 O * SiO 2) - dimethosilicon.

Ang mga silicic acid ay hindi natutunaw na mga sangkap. Alinsunod sa hindi gaanong metalloid na katangian ng silikon kumpara sa carbon, ang H 2 SiO 3 bilang isang electrolyte ay mas mahina kaysa sa H 2 CO3.

Ang silicate salts na naaayon sa silicic acids ay hindi matutunaw sa tubig (maliban sa alkali metal silicates). Ang mga natutunaw na silicate ay na-hydrolyzed ayon sa equation

2SiOz 2 - + H 2 0 \u003d Si 2 O 5 2 - + 20H-.

Ang mga konsentradong solusyon ng mga natutunaw na silicate ay tinatawag likidong baso. Ang ordinaryong salamin sa bintana, sodium at calcium silicate, ay may komposisyon na Na 2 0-CaO-6Si0 2 . Ito ay nakuha mula sa reaksyon

Ang isang malawak na uri ng silicates (mas tiyak, oxosilicates) ay kilala. Ang isang tiyak na pattern ay sinusunod sa istraktura ng oxosilicates: lahat sila ay binubuo ng Si0 4 tetrahedra, na konektado sa bawat isa sa pamamagitan ng isang oxygen atom. Ang pinakakaraniwang kumbinasyon ng tetrahedra ay (Si 2 O 7 6 -), (Si 3 O 9) 6 -, (Si 4 0 l2) 8-, (Si 6 O 18 12 -), na, bilang mga yunit ng istruktura, ay maaaring pagsamahin sa mga chain, tape, meshes at frame (Larawan 4).

Ang pinakamahalagang natural na silicates ay, halimbawa, talc (3MgO * H 2 0-4Si0 2) at asbestos (SmgO*H 2 O*SiO 2). Tulad ng SiO 2 , ang mga silicate ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang malasalamin (amorphous) na estado. Sa kinokontrol na pagkikristal ng salamin, posible na makakuha ng isang pinong mala-kristal na estado (sitalls). Ang mga sitall ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagtaas ng lakas.

Bilang karagdagan sa mga silicate, ang mga aluminosilicate ay malawak na ipinamamahagi sa kalikasan. Aluminosilicates - frame oxosilicates, kung saan ang ilan sa mga silicon atoms ay pinalitan ng trivalent Al; halimbawa Na 12 [(Si, Al) 0 4] 12.

Para sa silicic acid, ang isang colloidal state ay katangian kapag nalantad sa mga asin nito ng mga acid H 2 SiO 3 ay hindi agad namuo. Ang mga colloidal na solusyon ng silicic acid (sols) sa ilalim ng ilang partikular na kundisyon (halimbawa, kapag pinainit) ay maaaring gawing transparent, homogenous na gelatinous mass-gel ng silicic acid. Ang mga gel ay mga high-molecular compound na may spatial, very loose structure na nabuo ng Si0 2 molecules, ang mga voids nito ay puno ng H 2 O molecules. Kapag ang silicic acid gels ay na-dehydrate, ang silica gel ay nakuha - isang porous na produkto na may mataas na adsorption. kapasidad.

Figure 4. Ang istraktura ng silicates.

mga konklusyon

Matapos suriin ang mga kemikal na compound batay sa silikon at carbon sa aking trabaho, napagpasyahan ko na ang carbon, bilang isang hindi gaanong karaniwang elemento, ay ang pinakamahalagang bahagi ng buhay sa lupa, ang mga compound nito ay umiiral sa hangin, langis, at gayundin sa gayong mga simpleng sangkap gaya ng brilyante at grapayt. Isa sa ang pinakamahalagang katangian Ang carbon ay may malakas na covalent bond sa pagitan ng mga atomo, pati na rin ang hydrogen atom. Ang pinakamahalagang inorganikong compound ng carbon ay: oxides, acids, salts, halides, nitrogen-containing derivatives, sulfide, carbide.

Sa pagsasalita ng silikon, kinakailangang tandaan ang malaking halaga ng mga reserba nito sa lupa, ito ang batayan ng crust ng lupa at matatagpuan sa isang malaking iba't ibang mga silicate, buhangin, atbp. Sa kasalukuyan, ang paggamit ng silikon dahil sa mga katangian ng semiconductor nito ay tumataas. Ginagamit ito sa electronics sa paggawa ng mga processor ng computer, microcircuits at chips. Ang mga silicon compound na may mga metal ay bumubuo ng silicides, ang pinakamahalagang oxygen compound ng silikon ay silicon oxide SiO 2 (silica).

Bibliograpiya

1. Great Soviet Encyclopedia. Ikatlong edisyon. T.28. - M.: Soviet Encyclopedia, 1970.

2. Zhiryakov V.G. Organic chemistry. 4th ed. - M., "Chemistry", 1971.

3. Maikling encyclopedia ng kemikal. - M. "Soviet Encyclopedia", 1967.

4. Pangkalahatang kimika / Ed. KUMAIN. Sokolovskaya, L.S. Guzeya. 3rd ed. - M.: Publishing House ng Moscow. un-ta, 1989.

5. Ang mundo ng walang buhay na kalikasan. - M., "Science", 1983.

6. Potapov V.M., Tatarinchik S.N. Organikong kimika. Teksbuk.4th ed. - M.: "Chemistry", 1989.

Ang carbon ay may kakayahang bumuo ng ilang allotropic modification. Ang mga ito ay brilyante (ang pinaka-inert allotropic modification), graphite, fullerene at carbine.

Ang uling at uling ay amorphous carbon. Ang carbon sa estadong ito ay walang nakaayos na istraktura at talagang binubuo ng pinakamaliit na mga fragment ng mga layer ng grapayt. Ang amorphous carbon na ginagamot sa mainit na singaw ng tubig ay tinatawag na activated carbon. 1 gramo ng activate carbon, dahil sa pagkakaroon ng maraming mga pores sa loob nito, ay may kabuuang ibabaw na higit sa tatlong daang metro kuwadrado! Dahil sa kakayahang sumipsip ng iba't ibang mga sangkap, nakakahanap ng activate carbon malawak na aplikasyon bilang isang tagapuno ng filter, pati na rin isang enterosorbent para sa iba't ibang uri pagkalason.

Mula sa isang kemikal na pananaw, ang amorphous na carbon ay ang pinakaaktibong anyo nito, ang grapayt ay nagpapakita ng katamtamang aktibidad, at ang brilyante ay isang lubhang hindi gumagalaw na substansiya. Para sa kadahilanang ito, ang mga kemikal na katangian ng carbon na isinasaalang-alang sa ibaba ay dapat na pangunahing maiugnay sa amorphous carbon.

Pagbawas ng mga katangian ng carbon

Bilang isang ahente ng pagbabawas, ang carbon ay tumutugon sa mga di-metal tulad ng oxygen, halogens, at sulfur.

Depende sa labis o kakulangan ng oxygen sa panahon ng pagkasunog ng karbon, ang pagbuo ng carbon monoxide CO o carbon dioxide CO 2 ay posible:

Kapag ang carbon ay tumutugon sa fluorine, ang carbon tetrafluoride ay nabuo:

Kapag ang carbon ay pinainit ng asupre, ang carbon disulfide CS 2 ay nabuo:

Ang carbon ay may kakayahang bawasan ang mga metal pagkatapos ng aluminyo sa serye ng aktibidad mula sa kanilang mga oxide. Halimbawa:

Ang carbon ay tumutugon din sa mga oxide ng mga aktibong metal, gayunpaman, sa kasong ito, bilang panuntunan, hindi ang pagbawas ng metal ay sinusunod, ngunit ang pagbuo ng karbida nito:

Pakikipag-ugnayan ng carbon sa mga non-metal oxides

Ang carbon ay pumapasok sa isang co-proportionation na reaksyon sa carbon dioxide CO 2:

Ang isa sa mga pinakamahalagang proseso mula sa isang pang-industriya na pananaw ay ang tinatawag na steam reforming ng karbon. Ang proseso ay isinasagawa sa pamamagitan ng pagpasa ng singaw ng tubig sa pamamagitan ng mainit na karbon. Sa kasong ito, nangyayari ang sumusunod na reaksyon:

Sa mataas na temperatura, nagagawa ng carbon na bawasan ang kahit na tulad ng isang hindi gumagalaw na tambalan bilang silicon dioxide. Sa kasong ito, depende sa mga kondisyon, posible ang pagbuo ng silikon o silikon karbid ( carborundum):

Gayundin, ang carbon bilang isang ahente ng pagbabawas ay tumutugon sa mga oxidizing acid, sa partikular, puro sulfuric at nitric acid:

Mga katangian ng oxidizing ng carbon

Ang kemikal na elemento ng carbon ay walang mataas na electronegativity, samakatuwid, nabuo sa pamamagitan nito mga simpleng sangkap bihirang magpakita ng mga katangian ng oxidizing na may kaugnayan sa iba pang mga di-metal.

Ang isang halimbawa ng naturang mga reaksyon ay ang pakikipag-ugnayan ng amorphous carbon na may hydrogen kapag pinainit sa pagkakaroon ng isang katalista:

pati na rin sa silikon sa temperatura na 1200-1300 tungkol sa C:

Ang carbon ay nagpapakita ng mga katangian ng oxidizing na may kaugnayan sa mga metal. Ang carbon ay maaaring tumugon sa mga aktibong metal at ilang mga metal ng katamtamang aktibidad. Ang mga reaksyon ay nagpapatuloy kapag pinainit:

Ang mga aktibong metal carbide ay na-hydrolyzed ng tubig:

pati na rin ang mga solusyon ng mga non-oxidizing acid:

Sa kasong ito, ang mga hydrocarbon ay nabuo na naglalaman ng carbon sa parehong estado ng oksihenasyon tulad ng sa orihinal na karbid.

Mga kemikal na katangian ng silikon

Ang silikon ay maaaring umiral, gayundin ang carbon sa mala-kristal at amorphous na estado, at, tulad ng sa kaso ng carbon, ang amorphous na silikon ay makabuluhang mas aktibo sa kemikal kaysa sa mala-kristal na silikon.

Minsan ang amorphous at crystalline na silikon ay tinatawag na allotropic modifications nito, na, mahigpit na pagsasalita, ay hindi ganap na totoo. Ang amorphous silicon ay mahalagang isang conglomerate ng random na nakaayos na may kaugnayan sa isa't isa pinakamaliit na particle mala-kristal na silikon.

Pakikipag-ugnayan ng silikon sa mga simpleng sangkap

di-metal

Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang silikon, dahil sa kawalang-kilos nito, ay tumutugon lamang sa fluorine:

Ang Silicon ay tumutugon sa chlorine, bromine at yodo kapag pinainit lamang. Ito ay katangian na, depende sa aktibidad ng halogen, kinakailangan ang isang katumbas na magkakaibang temperatura:

Kaya sa chlorine, ang reaksyon ay nagpapatuloy sa 340-420 o C:

Sa bromine - 620-700 o C:

Sa yodo - 750-810 o C:

Ang reaksyon ng silikon na may oxygen ay nagpapatuloy, gayunpaman, nangangailangan ito ng napakalakas na pag-init (1200-1300 ° C) dahil sa ang katunayan na ang isang malakas na oxide film ay nagpapahirap sa pakikipag-ugnayan:

Sa temperatura na 1200-1500 ° C, ang silikon ay dahan-dahang nakikipag-ugnayan sa carbon sa anyo ng grapayt upang mabuo ang carborundum SiC - isang sangkap na may atomic na kristal na sala-sala na katulad ng brilyante at halos hindi mas mababa dito sa lakas:

Ang Silicon ay hindi tumutugon sa hydrogen.

mga metal

Dahil sa mababang electronegativity nito, ang silikon ay maaaring magpakita ng mga katangian ng oxidizing lamang na may paggalang sa mga metal. Sa mga metal, ang silikon ay tumutugon sa aktibo (alkaline at alkaline na lupa), pati na rin ang maraming mga metal ng katamtamang aktibidad. Bilang resulta ng pakikipag-ugnayan na ito, nabuo ang mga silicide:

Pakikipag-ugnayan ng silikon sa mga kumplikadong sangkap

Ang Silicon ay hindi tumutugon sa tubig kahit na kumukulo, gayunpaman, ang amorphous na silikon ay nakikipag-ugnayan sa sobrang init na singaw ng tubig sa temperatura na humigit-kumulang 400-500 ° C. Sa kasong ito, ang hydrogen at silicon dioxide ay nabuo:

Sa lahat ng mga acid, ang silicon (sa amorphous na estado) ay tumutugon lamang sa puro hydrofluoric acid:

Ang silikon ay natutunaw sa mga puro alkali na solusyon. Ang reaksyon ay sinamahan ng ebolusyon ng hydrogen.

Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang mga allotropic na pagbabago ng carbon - grapayt at brilyante - ay medyo hindi gumagalaw. Ngunit sa isang pagtaas sa t, sila ay aktibong pumasok sa mga reaksiyong kemikal na may simple at kumplikadong mga sangkap.

Mga kemikal na katangian ng carbon

Dahil ang electronegativity ng carbon ay mababa, ang mga simpleng sangkap ay mahusay na mga ahente ng pagbabawas. Mas madaling mag-oxidize ng fine-crystalline na carbon, mas mahirap - grapayt, mas mahirap - brilyante.

Ang mga allotropic na pagbabago ng carbon ay na-oxidize ng oxygen (burn) sa ilang partikular na temperatura ng pag-aapoy: nagniningas ang grapayt sa 600 °C, brilyante sa 850-1000 °C. Kung ang oxygen ay sobra, ang carbon monoxide (IV) ay nabuo, kung may kakulangan, carbon monoxide (II):

C + O2 = CO2

2C + O2 = 2CO

Binabawasan ng carbon ang mga metal oxide. Sa kasong ito, ang mga metal ay nakuha sa isang libreng anyo. Halimbawa, kapag ang lead oxide ay na-calcined sa coke, ang lead ay natunaw:

PbO + C = Pb + CO

ahente ng pagbabawas: C0 - 2e => C+2

oxidizer: Pb+2 + 2e => Pb0

Nagpapakita rin ang carbon ng mga katangian ng oxidizing na may paggalang sa mga metal. Kasabay nito, bumubuo ito ng iba't ibang uri ng karbida. Kaya, ang aluminyo ay sumasailalim sa mga reaksyon sa mataas na temperatura:

3C + 4Al = Al4C3

C0 + 4e => C-4 3

Al0 – 3e => Al+3 4

Mga kemikal na katangian ng mga carbon compound

1) Dahil mataas ang lakas ng carbon monoxide, pumapasok ito sa mga reaksiyong kemikal sa mataas na temperatura. Sa makabuluhang pag-init, ang mataas na pagbabawas ng mga katangian ng carbon monoxide ay ipinahayag. Kaya, ito ay tumutugon sa mga metal oxide:

CuO + CO => Cu + CO2

Sa mataas na temperatura(700 °C) ito ay nag-aapoy sa oxygen at nasusunog na may asul na apoy. Mula sa apoy na ito, maaari mong malaman na ang carbon dioxide ay nabuo bilang isang resulta ng reaksyon:

CO + O2 => CO2

2) Ang mga dobleng bono sa molekula ng carbon dioxide ay sapat na malakas. Ang kanilang pagkalagot ay nangangailangan ng malaking enerhiya (525.6 kJ/mol). Samakatuwid, ang carbon dioxide ay medyo hindi gumagalaw. Ang mga reaksyong pinapasok nito ay kadalasang nangyayari sa mataas na temperatura.

Ang carbon dioxide ay nagpapakita ng mga acidic na katangian kapag ito ay tumutugon sa tubig. Ito ay bumubuo ng isang solusyon ng carbonic acid. Ang reaksyon ay nababaligtad.

Ang carbon dioxide, bilang acidic oxide, ay tumutugon sa alkalis at basic oxides. Kapag ang carbon dioxide ay dumaan sa isang alkali solution, maaaring mabuo ang average o acid salt.

3) Ang carbonic acid ay may lahat ng mga katangian ng mga acid at nakikipag-ugnayan sa alkalis at mga pangunahing oksido.

Mga kemikal na katangian ng silikon

Silicon mas aktibo kaysa sa carbon, at na-oxidized ng oxygen na nasa 400 °C na. Maaaring mag-oxidize ng silikon ang iba pang hindi metal. Ang mga reaksyong ito ay karaniwang nagaganap sa mas mataas na temperatura kaysa sa oxygen. Sa ilalim ng gayong mga kondisyon, ang silikon ay nakikipag-ugnayan sa carbon, lalo na sa grapayt. Sa kasong ito, nabuo ang carborundum SiC - isang napakatigas na sangkap, mas mababa sa tigas lamang sa brilyante.

Ang Silicon ay maaari ding maging isang oxidizing agent. Ito ay ipinahayag sa mga reaksyon sa mga aktibong metal. Halimbawa:

Si + 2Mg = Mg2Si

Ang mas mataas na aktibidad ng silikon kumpara sa carbon ay ipinahayag sa katotohanan na, hindi katulad ng carbon, ito ay tumutugon sa alkalis:

Si + NaOH + H2O => Na2SiO3 + H2

Mga kemikal na katangian ng mga compound ng silikon

1) Ang malakas na mga bono sa pagitan ng mga atomo sa kristal na sala-sala ng silikon dioxide ay nagpapaliwanag sa mababang aktibidad ng kemikal. Ang mga reaksyon na pinapasok ng oxide na ito ay nagaganap sa mataas na temperatura.

Ang Silicon oxide ay isang acidic oxide. Tulad ng alam mo, hindi ito tumutugon sa tubig. Ang acidic na kalikasan nito ay ipinahayag sa reaksyon sa alkalis at pangunahing mga oksido:

SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O

Ang mga reaksyon sa mga pangunahing oksido ay nagaganap sa mataas na temperatura.

Ang Silicon oxide ay nagpapakita ng mahinang mga katangian ng pag-oxidizing. Nababawasan ito ng ilang aktibong metal.