Кремний ( Si ). Этот химический элемент занимает 1/4 состава земной коры. Кварц, горный хрусталь, песок, глина, гранит, слюда, асбест - всё это химические соединения кремния

Кремний относится к промежуточным элементам (амфотерным) и может проявлять как металлические так и неметаллические свойства. Он может образовывать химические соединения, как с металлами, так и с неметаллами.

Чистый кремний - химически простое вещество серого цвета, твёрдое, тугоплавкое и хрупкое. Кристаллический кремний имеет металлический блеск и широко используется в полупроводниковой промышленности (является полупроводником).

Кремний вможет стречаться как в кристаллическом состоянии (кристаллический кремний), так и в аморфном состоянии (аморфный кремний). Кристаллический кремний образуется при охлаждении раствора аморфного кремния в расплавленном металле. В свою очередь, кристаллический кремний, очень хрупкий материал и легко измельчается в аморфный порошок. Таким образов, аморфный кремний представляет собой обломки кристаллов кристаллического кремния.

В свободном состоянии кремний получить достаточно сложно. Его промышленное получение связано с восстановлением кварца, химическая формула которого - SiO₂, реакцию восстановления производят раскалённым коксом (углеродом).

SiO₂+C→ CO₂+Si

В лаборатории чистый кремний восстанавливают из кварцевого песка с помощью металлического магния по следующей реакции:

SiO₂+2Mg→ Si+2MgO.

В процессе такой реакции образуется бурый порошок аморфного кремния. При нагревании порошок может медленно реагировать с концентрированными растворами щелочей (например, гидроксидом натрия NaOH)

Si +2NaOH +H₂O→ Na₂SiO₃+2H₂, - полученное сложное вещество - ещё называют жидким стеклом.

Интересно то, что химическая активность кремния зависит от размеров его кристаллов. Крупнокристаллический кремний химически менее активен, чем аморфный. Последний легко реагирует со фтором даже при обычной температуре, а при температуре 400 - 600 ⁰ C реагирует с кислородом, хлором, бромом, серой с образованием соответствующих химических соединений. При очень высоких температурах кремний реагирует с азотом и углеродом с образованием соответственно нитрида и карбида кремния.

Если попытаться растворить кремний в смеси фтористоводородной HF (плавиковой) и азотной HNO₃ кислот, то реакция протекать не будет. Но если провести химическую реакцию со щёлочью, например, с гидроксидом калия, то реакция пройдёт с образованием соли кремниевой кислоты

Si + KOH→ K₂SiO₃ + H₂

Если прокаливать в печи оксид кремния (песок) с коксом, то получается очень твёрдое кристаллическое вещество Карборунд SiC

SiO₂ + 3C→ SiC + 2CO

Карборунд - очень твёрдое и огнеупорное вещество. В промышленности его получают в больших количествах из-за названных свойств. Что интересно, кристаллическая решётка карборунда сходна с кристаллической решёткой самого твёрдого вещества - алмаза, но в ней отдельные атомы углерода равномерно заменены атомами кремния.

При высоких температурах, а также в процессе химических реакций при действии кислот на соединения металлов с кремнием образуется силан SiH₄.

Cилан - это самовоспламеняющийся бесцветный газ. Он может воспламенятся на воздуха с образованием оксида кремния и воды

SiH₄ + 2O_2>→ SiO₂ + 2H₂O

Если оксид кремния SiO₂ нагревать в присутствии углерода в струе хлора, то протекает химическая реакция с образованием хлорида кремния

SiO₂ + 2C +2 Cl₂→ SiCl₄ + 2CO

Хлорид кремния - это жидкость, температура закипания которой составляет всего 54 ⁰C. Хлорид кремния легко растворяется в воде с образование раствора двух кислот: кремниевой и соляной

SiСl₄ + H₂О→ H₂SiO₃ + HCl

Если эта химическая реакция будет протекать в атмосфере влажного воздуха, то в процессе образования двух кислот будет появляться густой дым.

Фторид кремния SiF₄ - образуется в результате химической реакции плавиковой кислоты и оксида кремния

SiO₂ + 4HF→ SiF₄ + 2H₂O

Фторид кремния - бесцветный газ, имеющий "резкий" запах. Также, как и хлорид кремния, в воде этот газ образует две кислоты: кремниевую и плавиковую. Но что интересно, фторид кремния может взаимодействовать с плавиковой кислотой с образованием гексафторкремниевой кислоты, химическая формула которой H₂SiF₆. Её соли и сама кислота - ядовиты.