Křemík a jeho sloučeniny

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Křemík a jeho sloučeniny"

Karel Černý
před 9 lety
Počet zobrazení:

1 Křemík a jeho sloučeniny Mgr. Jana Pertlová Copyright istudium, 2008, Žádná část této publikace nesmí být publikována a šířena žádným způsobem a v žádné podobě bez výslovného svolení vydavatele. Produkce, technický redaktor: Roman Bartoš Vnitřní úprava: Stanislav Kliment

2 OBSAH Obsah... 1 Křemík... 2 Základní vlastnosti... 2 Elektronová konfigurace... 2 Vazebné schopnosti... 2 Vaznost... 2 Oxidační čísla... 2 Výskyt... 2 Volný křemík... 2 Vázaný křemík Příprava... 3 Využití... 3 Sloučeniny... 4 Silany... 4 Halogenidy... 4 Oxid křemičitý SiO Kyselina tetrahydrogenkřemičitá H 4 SiO Křemičitany... 5 Silikony (siloxany)

.. 2 Vázaný křemík... 3... 3 Příprava... 3 Využití... 3 Sloučeniny... 4 Silany... 4 Halogenidy.

3 KŘEMÍK ZÁKLADNÍ VLASTNOSTI Tmavý, lesklý polokov. Velmi tvrdý. Polovodič. Po kyslíku druhý nejrozšířenější prvek. ELEKTRONOVÁ KONFIGURACE Obr. 1: Elektronová konfigurace křemíku VAZEBNÉ SCHOPNOSTI Má čtyři valenční elektrony. Vaznost V základním stavu dvojvazný, po excitaci až čtyřvazný. Tvoří nejčastěji kovalentní vazby jednoduché, např. SiH 4, H 3 Si SiH 3. Tvoří dvojnou vazbu, např. SiO 2. Díky volným d-orbitalům může vystupovat jako centrální atom v komplexních sloučeninách, např. SiF. Má schopnost tvořit řetězce stejně jako uhlík, ale tato schopnost je výrazně menší; vazby nejsou tak pevné, jsou nestálé a tudíž velmi reaktivní, Si Si Si ; velmi pevná je naopak vazebná kombinace s kyslíkem v křemičitanech nebo tzv. silikonech, Si O Si O Si Oxidační čísla Záporné (výjimečně): IV (SiH 4, Mg 2 Si, disilany, ). Kladné: +IV (SiO 2, SiCl 4, SiF 4, ). VÝSKYT Po kyslíku druhý nejrozšířenější prvek. Je základní složkou většiny hornin, které tvoří zemskou kůru, příkladem mohou být: pískovce, žuly, slídy, jíly, azbest, živce, zeolity, Volný křemík V přírodě se nevyskytuje. 2

SiH 4, H 3 Si SiH 3. Tvoří dvojnou vazbu, např. SiO 2. Díky volným d-orbitalům může vystupovat jako centrální atom v komplexních sloučeninách, např. SiF.

4 Vázaný křemík Výskyt v nejrůznějších formách. Křemičitany křemen SiO 2 a jeho odrůdy (ametyst obr. 2; růženín obr. 3; křišťál; záhněda obr. 4; chalcedon obr. 5; jaspis; opál obr. 6; achát, olivín obr. 7; ). Hlinitokřemičitany ortoklas KAlSi 3 O 8 (zástupce živců), beryl Be 3 Al 2 Si 6 O 18, muskovit KAl 2 (OH) 2 (Si 3 AlO 10 ), zástupce slíd. Živé organismy biogenní prvek. Obr. 2: Ametyst Obr. 3: Růženín Obr. 4: Záhněda Obr. 5: Chalcedon Obr. 6: Opál Obr. 7: Olivín CHEMICKÉ VLASTNOSTI Za normální teploty je velmi málo reaktivní. Odolává běžným kyselinám, výjimku tvoří kyselina HF: Si 4 HF SiF 2 H. Rozpouští se ve zředěných roztocích alkalických hydroxidů: Si 2 NaOH H ONa SiO 2 H. Za zvýšené teploty se slučuje s některými prvky: Si O SiO, 6 Si 4 N 2 Si N, Si 2 S SiS, Si 2 Cl SiCl. PŘÍPRAVA Redukcí SiO 2 uhlíkem nebo karbidem vápenatým v elektrické peci: SiO CSi2 CO; SiO CaC SiCa2 CO. Aluminotermicky: 3 SiO 4 Al3 Si2 Al O. VYUŽITÍ Polovodičová technika (diody, tranzistory, ). Výroba speciálních slitin ferrosilicium. Při legování ocelí pro zvýšení tvrdosti a odolnosti. 3

3: Růženín Obr. 4: Záhněda Obr. 5: Chalcedon Obr. 6: Opál Obr. 7: Olivín CHEMICKÉ VLASTNOSTI Za normální teploty je velmi málo reaktivní.

5 SLOUČENINY Tabulka 1: Přehled sloučenin křemíku Bezkyslíkaté sloučeniny Kyslíkaté sloučeniny Silany Silicidy Halogenidy Oxid Křemičitany Oxidační číslo IV IV +IV +IV +IV Příklad SiH 4, Si 2 H 6, Si 3 H 8, Mg 2 Si, SiF 4, SiCl 4, H 2 SiF 6 SiO 2 SiO, SiO, Si O, Silany SiH 4, Si 2 H 6, Si 3 H 8, Jsou obdobou alkanů. Tvoří homologickou řadu s obecným vzorcem Si n H 2n + 2. Sousední atomy tvoří tetraedr (čtyřstěn). Silan a disilan jsou plyny, ostatní už kapaliny. Jsou velmi nestálé a velmi reaktivní (samozápalné). Soli se nazývají silicidy. Jsou velmi reaktivní a na vzduchu jsou samozápalné. Působením vody se rozkládají a uvolní vodík: SiH 2 H OSiO 4 H, Si H 4 H O2 SiO 7 H. Při kontaktu s halogeny vybuchují už za běžné teploty: SiH HClSiH Cl H, PH Cl PCl HCl. Příprava Nelze je připravit přímou syntézou. Redukcí halogenidů iontovými hydridy: SiCl 4 NaHSiH 4 NaCl. Redukcí halogenidů hydridohlinitanem lithným: SiCl LiAlH SiH LiClAlCl. Působením HCl na silicid hořečnatý vzniká směs silanů: Mg Si 4 HCl SiH 2 MgCl. Halogenidy Velmi ochotně reagují s vodou, většinou za vzniku gelovité kyseliny křemičité (silikagel): SiCl n H OSiO n H O4 HCl. 4

Sousední atomy tvoří tetraedr (čtyřstěn). Silan a disilan jsou plyny, ostatní už kapaliny. Jsou velmi nestálé a velmi reaktivní (samozápalné). Soli se nazývají silicidy.

6 SiCl 2 H Si4 HCl, SiCl 2 ZnSi2 ZnCl. Největší význam má fluorid křemičitý: SiF 2 H OSiO HF, s roztokem HF vytváří ionty kyseliny hexafluorokřemičité: SiF 2 HF2 H O2 H O SiF. Oxid křemičitý SiO 2 Tuhá, špatně tavitelná látka. Chemicky velmi stálý, pevný, odolný. Má polymerní strukturu vzájemně vázaných čtyřstěnů (tetraedrů). Existuje ve třech modifikacích: křemen tridymit cristobalit křemenné sklo. Chemicky je velmi odolný, s výjimkou HF: SiO 4 HFSiF 2 H O. Tavením s alkalickými hydroxidy nebo uhličitany vznikají křemičitany: SiO 2 NaOHNa SiO H O, SiO K CO K SiO CO. Kyselina tetrahydrogenkřemičitá H 4 SiO 4 Hypotetická sloučenina. Existuje jen ve vodném roztoku ve formě iontů. Velmi nestálá. Při zahřívání nebo delším stání dojde k vyloučení rosolovitého gelu. Jeho vysušením získáme tzv. silikagel, který má velké adsorpční vlastnosti. Příprava Vytěsněním z křemičitanů silnou kyselinou:. Hydrolýzou halogenidu křemičitého:. Křemičitany Nejvýznamnější zástupci jsou křemičitan sodný Na 2 SiO 3 a křemičitan draselný K 2 SiO 3. Jsou součástí tzv. vodního skla (gelovitá tuhá látka), které se využívá k impregnaci papíru, tkanin, při výrobě mýdla, jako plnidlo, při výrobě lepidel a také ke konzervaci, například vajec. Sklo Homogenní směs, která vzniká ochlazením tavené směsi křemenného písku, uhličitanů alkalických kovů a vybraných oxidů. 5

Existuje ve třech modifikacích: křemen tridymit cristobalit křemenné sklo. Chemicky je velmi odolný, s výjimkou HF: SiO 4 HFSiF 2 H O.

7 Podle dalšího využití se dělí na sklo: tabulové, lahvové, chemické (Simax, Sial, ). Barvení se zajišťuje přidáváním vybraných sloučenin, např. sloučeniny kobaltu pro modrou barvu, hnědá se získá přidáním železitých sloučenin. Silikony (siloxany) Obsahují vazbu Si O Si O Jsou velmi stabilní a odolné. Nerozkládají se. Jsou hydrofobní (odpuzují vodu). Využití Silikonové mazací oleje a olejové lázně. Silikonový kaučuk, který je velmi tepelně odolný. V lékařství (implantáty). Ve stavebnictví jako impregnace. 6

sloučeniny kobaltu pro modrou barvu, hnědá se získá přidáním železitých sloučenin.

Podobné dokumenty

5b. KŘEMÍK. Čas ke studiu: 2 hodiny. Cíl Po prostudování tohoto odstavce budete umět. Výklad

5b. KŘEMÍK. Čas ke studiu: 2 hodiny. Cíl Po prostudování tohoto odstavce budete umět. Výklad 5b. KŘEMÍK Čas ke studiu: 2 hodiny Cíl Po prostudování tohoto odstavce budete umět seznámí se s problematikou materiální podstaty křemíku a jeho průmyslové výroby definovat parametry křemíku a znát souvislosti