Хімія 10 клас

РОЗДІЛ 2 НЕМЕТАЛІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ ТА ЇХ СПОЛУКИ

ХІМІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ IVA ГРУПИ

§ 51. Сполуки Силіцію(ІV)

Усвідомлення змісту цього параграфа дає змогу:

характеризувати фізичні та хімічні властивості, способи добування і застосування силіцій(IV) оксиду, силікатної кислоти і силікатів;

складати рівняння відповідних хімічних реакцій.

Силіцій(ІV) оксид (силіцій діоксид, кремнезем) — стійкий кислотний оксид SiO2 з вищим ступенем окиснення Силіцію +4, який дуже відрізняється за своїми фізичними і хімічними властивостями від аналогічного оксиду Карбону. Це тверда, тугоплавка речовина (tпл = 1713 °С), у природі трапляється у вигляді мінералу кварцу (мал. 84, а), у воді нерозчинна. Причина зазначених відмінностей у тому, що твердий карбон діоксид кристалізується в молекулярній ґратці, а силіцій діоксид — в атомній. У кристалі кожний атом Силіцію сполучений ковалентними одинарними зв’язками із чотирма атомами Оксигену, а кожний атом Оксигену — з двома атомами Силіцію (мал.

84, б). Окремих молекул SiO2 в кристалі немає, увесь кристал являє собою ніби одну гігантську молекулу, або неорганічний полімер (SiO2)n. Тому запис складу силіцій(IV) оксиду у вигляді хімічної формули SiO2 є умовним і вказує лише на співвідношення атомів Силіцію та Оксигену в оксиді.

Хімічні властивості. Як кислотний оксид SiO2 вступає в хімічні реакції, характерні для цього класу сполук. Але реакційна здатність його низька: на відміну від інших кислотних оксидів силіцій(IV) оксид не реагує з водою, лише за підвищеної температури (при спіканні чи сплавлянні) взаємодіє з основними оксидами, лугами, карбонатами лужних елементів з утворенням солей силікатної кислоти:

Мал. 84. Кварц (а), кристалічна ґратка кварцу (б)

Подібно до карбон діоксиду силіцій(ІV) оксид здатний вступати в окисно-відновні реакції, виявляючи окиснювальні властивості:

Застосування. Силіцій(ІV) оксид має широке застосування в техніці. Кварцовий пісок іде на виробництво бетону, силікатної цегли, керамічних виробів, кварцового скла, що детальніше розглядатиметься у наступному параграфі. Пластинки з кристалів кварцу здатні перетворювати механічну енергію в електричну. Такі речовини за назвою п’єзоелектрики використовують як генератори звуку. Дрібний порошок силіцій(ІV) оксиду — силікагель — застосовують як адсорбент у фармацевтичній, оптичній, парфумерній, шкіряній промисловості (мал. 85).

Силікатна кислота відповідає кислотному силіцій(ІV) оксиду SіО2. Хімічна формула — Н2SiO3. Атоми Силіцію у кислоті сполучені через атоми Оксигену в ланцюги різної довжини:

Хімічна формула H2SiO3, як і в силіцій(ІУ) оксиду, є умовною і відображає кількісне співвідношення між атомами в молекулі. Силікатна кислота — це суміш силікатних кислот, які відрізняються довжиною ланцюгів. Виділити окремі кислоти неможливо.

Свіжодобута силікатна кислота має вигляд драглистого осаду (мал. 86), у воді не розчиняється, при нагріванні легко розкладається подібно до карбонатної кислоти:

Силікатна кислота як нерозчинна речовина і слабкий електроліт не виявляє багатьох властивостей, характерних для кислот. Так, вона не змінює кольору індикаторів, не реагує з металами, але розчиняється в лугах, утворюючи солі

Мал. 85. Силікагель

Мал. 86. Силікатна кислота

:

На відміну від багатьох інших оксигеновмісних неорганічних кислот силікатну кислоту не можна добути розчиненням її оксиду у воді, бо він з нею не реагує. Добувають силікатну кислоту дією сильнішої кислоти на її солі:

Реакцію розчину солі силікатної кислоти з кислотою використовують як якісну реакцію для виявлення силікатів.

Силікатна кислота не має широкого застосування. З неї добувають силікагель.

Силікати — солі силікатної кислоти. Хімічні формули також є умовним записом їх складу. Нерозчинні у воді силікати входять до складу багатьох гірських порід. Формули прийнято записувати як сукупність формул оксидів, наприклад магній силікат — 2MgO • SiO2, азбест — 3MgO • 2SiO2 • 2H2O. Природні силікати, до складу яких входить алюміній, називаються алюмосилікатами: польовий шпат — К2О • Al2O3 • 6SiO2, глина — Al2O3 • 2SiO2. Розчинними у воді є лише силікати Натрію і Калію. Водний розчин натрій силікату Na2SiO3 відомий як силікатний клей. Цю сіль називають рідким склом за здатність утворювати в’язкі розчини, які поступово перетворюються на склоподібну масу. Розчинні у воді силікати вступають у реакції обміну з кислотами, з іншими солями:

- Чи з усіма солями реагує натрій силікат? Відповідь обґрунтуйте.

У водних розчинах силікати гідролізують і створюють лужне середовище:

Унаслідок слабкості та нестійкості силікатної кислоти гідроліз перебігає до кінця, тому з часом розчини силікатів мутнішають через утворення нерозчинної силікатної кислоти.

- Поясніть, чому в таблиці розчинності у клітинках, що відповідають силікатам трьохвалентних металічних елементів, стоять риски.

Застосування. Із розчинних силікатів найбільше застосовується натрій силікат. Його водний розчин використовують для просочування деревини та тканин (театральні декорації), щоб надати їм вогнетривкості; виготовлення цементних розчинів; у виробництві силікатних клеїв і фарб, мийних засобів тощо. Калій силікат застосовують у виробництві керамічних і порцелянових виробів. Алюмосилікати широко використовують у силікатній промисловості, а також як адсорбенти.

 Коротко про головне

До важливих сполук Силіцію належать силіцій(ІУ) оксид, силікатна кислота та її солі (силікати). Силіцій(ІV) оксид SiO2 — кислотний оксид, основа гірських порід. Має атомну кристалічну ґратку, тому тугоплавкий, нерозчинний у воді, малоактивний за стандартних умов. За нагрівання реагує з основними оксидами, лугами, витісняє леткіші оксиди з солей. Використовується у виробництві будівельних матеріалів, кераміки, кварцового скла тощо.

Силікатна кислота H2SiO3 — нерозчинна у воді, нестійка, слабка, не виявляє більшості хімічних властивостей, характерних для кислот. Добувають витісненням сильнішими кислотами з її солей. Застосовують для добування поруватого адсорбенту силікагелю SiO2 з високою поглинальною здатністю.

Силікати, крім силікатів лужних елементів, нерозчинні у воді. Реагують з кислотами, іншими солями, у водних розчинах гідролізують. Природні сполуки руйнуються, утворюючи мінеральні поклади, ґрунти. Застосовуються у виробництві силікатних матеріалів.

Для допитливих.

Дослід. У посудині змішайте силікатний клей з теплою водою у співвідношенні 1:5. Користуючись трубочкою або соломинкою, продуйте крізь розчин вуглекислий газ. Яка речовина випадає в осад? Напишіть рівняння хімічної реакції.