Оксид кремния: формула, кристаллическая решётка

Оксид кремния Химия

Для кремния свойственна переменная валентность, из-за чего он может образовывать диоксид и монооксид. Эти вещества отличаются друг от друга физическими свойствами. На уроках химии в 8 классе изучают формулу оксида кремния. Этот компонент входит в состав практически всех горных пород. Из кремнезёма и силикатов состоит 86—87% всей массы литосферы. Двуокись кремния представляет собой бесцветные белые кристаллы, которые имеют высокую температуру плавления.

Краткое описание

Оксид кремния (IV) SiO2 представляет собой твёрдое, тугоплавкое кристаллическое вещество, которое не растворяется в воде и не вступает с ней в реакцию. Химический компонент проявляет окислительные свойства. При температуре от +1000°C SiO2 взаимодействует с активными металлами. В этом случае образуется кремний:

  • SiO2 + 2Mg = Si + 2MgO.
  • 3SiO2 + 4Al = 3Si + 2Al2O3.

При избытке кремния происходит восстановление силицидов. Эта химическая реакция имеет следующую формулу: SiO2 + 4Mg = Mg2Si + 2MgO. Силициум взаимодействует с водородом, а при использовании углерода образуется карборунд: SiO2 + 3C = SiC + 2CO.

Если попробовать сплавить оксид кремния со щелочами, то в итоге можно будет получить силикаты:

  • SiO2 + 2NaOH = Na2SiOO3 + H2O.
  • SiO2 + CaO = CaSiO3.
  • SiO2 + K2CO3 = K2SiO3 + CO2.
  • SiO2 + H2O ≠.

При нормальном давлении и температуре воздуха можно выделить три кристаллические модификации SiO2: тридимит, кварц и кристобалит. В каждом случае известны высокотемпературные и низкотемпературные формы. В их основе лежат тетраэдры SiO4, которые соединены четырьмя атомами кислорода в трёхмерной решётке.

Чтобы понять, какое название имеет химическая формула Si2O3, нужно учесть, что это реакция взаимодействия оксида кремния и кислорода.

Свойства монооксида

На уроках химии

На уроках химии можно узнать, что формула оксида кремния выглядит следующим образом — SiO2. Внешне это вещество имеет вязкую консистенцию, больше напоминает смолу. Без какого-либо воздействия оксид кремния отлично сохраняет своё конденсированное состояние, не подвержен окислению. SiO2 не влияет на образование солей, а также не пропускает ток. Получить монооксид кремния можно двумя доступными методами:

  • Нагреть кремний до отметки +400°C и выше при недостаточном объёме кислорода. Формула выглядит следующим образом: 2Si + O2 → 2SiO.
  • Использование специального метода Чохральского (выращивание монокристаллов путём вытягивания их вверх от свободной поверхности большого объёма расплава) при восстановлении диоксида в условиях высоких температур. Формула: 2SiO2 + Si → 2SiO.

В твёрдом состоянии монооксид представляет собой порошок коричневого цвета. Это химическое вещество обладает высокой прочностью и инертностью при условии взаимодействия с кислотами. Добиться полного растворения монооксида можно только в плавиковой кислоте. Среди основных химических свойств SiO2 можно выделить:

  • Монооксид может разлагаться только под воздействием высоких температур. Отобразить эту реакцию можно с помощью следующей формулы: 2SiO → 2Si + О2.
  • При нагревании монооксид взаимодействует с СО2. Формула: SiO + CO2 → SiO2 + CO.
  • Монооксид кремния вступает в реакцию с парами Н2О, но только при условии нагревания до +500°C. Этот процесс хорошо виден в формуле: SiO + H2O → SiO2 + H2.
  • Жидкий хлорид кремния можно получить в том случае, если дополнительно задействовать хлор и нагреть смесь до +800°C. Наглядно эта реакция выглядит так: 2SiO + 4Cl2 → 2SiCl4 + O2.

В естественной среде встретить монооксид невозможно. Но этот химический компонент входит в состав космической пыли.

Характеристика диоксида

Оксид кремния (SiO2) представляет собой кристаллическое тугоплавкое вещество, которое не растворяется в воде. Этот химический компонент не проводит электрический ток. На уроках химии в 8 классе учащимся объясняют, что диоксид входит в состав следующих горных пород:

Горный хрусталь

  • Песка.
  • Горного хрусталя.
  • Яшмы.
  • Кварца.
  • Агата.
  • Аметиста.

Литосфера на 87% состоит из диоксида. Это химическое вещество имеет немолекулярное строение. Атомы кислорода и кремния связаны ковалентным способом. Благодаря этому сформировалась кристаллическая решётка. Диоксид можно получить в лабораторных условиях. Для этого кремний вместе с кислородом нагревают до отметки +500°C: Si + O2 → SiO2.

После воздействия кислот на растворимые силикаты образуется диоксид. В итоге формируется кремниевая кислота, которая распадается на диоксид и воду. Химическая реакция выглядит следующим образом:

  • Na2 SiO3 + 2CH3COOH → 2CH3COONa + H2SiO3↓.
  • H 2SiO3 → H2O + SiO2.

В нормальных условиях диоксид вступает в реакцию только с плавиковой кислотой. А вот с основными оксидами и щелочами может взаимодействовать только при воздействии высоких температур. Диоксид не реагирует на Н2О. Сегодня это химическое вещество используется для серийного производства силикагеля, стекла и бетона.

Лабораторные исследования

Йенс Берцелиус

В 1822 году в свободном состоянии SiO2 впервые был получен Берцелиусом. В лабораторных условиях аморфный кремний можно получить при нагревании химической смеси, состоящей из диоксида и металлического магния. Для проведения этого опыта компоненты должны быть тщательно измельчены. Под воздействием высоких температур можно наблюдать бурную реакцию. Если всё сделать правильно, то в итоге можно получить аморфный кремний: SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO.

В лабораторных условиях также есть возможность задействовать оксид алюминия. Например: 3SiO2 + 4Al → 3Si + 2Al2O3. В промышленных целях использовать дорогостоящий магний и алюминий неэффективно. По этой причине спрос получили более доступные варианты:

  • В электрических печах можно коксом восстановить необходимое химическое вещество из оксида. Например: SiO2 + 2С → Si + 2CO. Но во время химической реакции образуется загрязнённое вещество, а всё из-за наличия примесей карбидов кремния. По этой причине SiO2 не может использоваться для производства микросхем.
  • Чистый кремний можно получить при условии разложения силана. Химическая формула: SiH4 → Si + 2H2.
  • Наиболее чистый SiO2 можно получить в том случае, если прибегнуть к восстановлению тетрахлорида кремния с помощью водорода и высокой температуры (от +1200°C). Но также можно задействовать цинк: SiCl4 + 2Zn → Si + 2ZnCl2.

В нормальных условиях кремний существует в виде атомного кристалла, из-за чего его химическая активность крайне невысокая.

Воздействие на организм человека

Вода с повышенным содержанием пищевого натурального диоксида

SiO2 свободно проходит через желудочно-кишечный тракт в неизмененном виде, после чего выводится из организма естественным путём. В лабораторных условиях были доказаны полезные свойства этого вещества, которые положительно влияют на человека. Вода с повышенным содержанием пищевого натурального диоксида позволяет снизить риск развития заболевания Альцгеймера. SiO2 используется в пищевой промышленности, но обозначается как эмульгатор Е551.

При использовании SiO2 не меняются вкусовые свойства продуктов. Диоксид кремния не влияет на цвет, но повышает сыпучесть материалов, гасит пену, а также является хорошим загустителем. SiO2 не наносит вреда организму, а также не всасывается стенками кишечника. Негативный эффект не исключён в том случае, если диоксид кремния используется в сочетании с другими химическими веществами. В такой ситуации могут пострадать слизистые оболочки органов ЖКТ.

Сферы применения

Кремний окисляется, из-за чего приобретает новые свойства. Благодаря этому SiO2 используется не только в качестве эмульгатора, но и для снижения вероятности слёживания и комкования пищевых продуктов. Природный диоксид получил большой спрос в следующих отраслях:

Производство стекла

  • Производство стекла, керамики, абразивов, а также бетонных изделий.
  • Пищевая промышленность.
  • Серийное производство бытовой химии, а также медикаментозных препаратов.
  • Диоксид кремния используется в микроэлектронике (хроматография).
  • Изготовление ультразвуковых установок. SiO2 обладает пьезоэлектрическими свойствами, благодаря чему применяется в радиотехнике.
  • Производство кремнезёмистых огнеупоров, резины.
  • В плавленом виде диоксид используется для изготовления изоляторов, волоконно-оптических кабелей.

Материалы на основе кремний диоксида получили большой спрос в сфере высоких технологий и строительных материалов. SiO2 используется для производства керамики, стекла, абразивов, а также различных изделий из бетона. Амфорное непористое химическое вещество применяется в сочетании с другими компонентами для изготовления кабелей. В медицинской отрасли коллоидный диоксид используется в качестве энтеросорбента. Химическое вещество представляет собой рыхлый светло-голубой порошок без запаха.

Соли кремниевой кислоты

В этом случае речь касается силикатов H2SiO3. Эти химические вещества не растворяются в воде. В категорию исключений входят только силикаты калия и натрия, которые ещё называют «жидким стеклом». H2SiO3 проявляют типичные свойства средних солей. Они взаимодействуют с кислотами, но в итоге образуются нерастворимые кремниевые кислоты. Эту химическую реакцию можно изобразить следующим образом: Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3.

Соли кремниевой кислоты

Соли кремниевой кислоты взаимодействуют с угольной кислотой. Например: Na2SiO3 + CO2 + H2O = Na2CO3 + H2SiO3↓. В природе широко распространены силикаты. Свойства этих веществ зависят от их строения и состава. Часто силикаты отличаются яркой окраской, благодаря чему некоторые из них используются ювелирами (топаз, гранат, изумруд).

Стекло относится к H2SiO3. Это утверждение можно подтвердить следующей формулой: Na2O * CaO *6SiO2. Прочное стекло получают в результате сплавления в печи трёх компонентов: SiO2, Na2CO3, CaCO3. Повысить качество материала помогают различные добавки, которые содержат положительные ионы (например, Co 2+, Mn 2+, Fe 3+).

Оцените статью
Na5.club
Добавить комментарий

Adblock
detector