Формула кремния

Определение и формула кремния

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

В обычных условиях кремний может существовать в двух агрегатных состояниях: в виде крупных весьма твердых и при этом очень хрупких непрозрачных кристаллов темно-серого цвета (рис. 1) с металлическим блеском и аморфных очень мелких кристаллов белого (в отсутствии примесей) или коричневого (с примесями, в основном железа) цвета.

Плавится с уменьшением объема. Устойчив на воздухе (образование защитной оксидной пленки). В кристаллической форме — малореакционноспособный; не реагирует с водой, кислотами (включая и фтороводородную кислоту), водородом. В аморфной форме — более активный; реагирует с концентрированной фтороводородной кислотой, щелочами (частично переводится в раствор даже в слабощелочной среде), поглощает значительные количества различных газов(в том числе водород).

Окисляется кислородом, галогенами, реагирует с галогеноводородами, аммиаком, сероводородом, сульфидами металлов при нагревании.

Рис. 1. Кремний. Внешний вид.

Химическая формула кремния

Химическое обозначение кремния – Si от латинского слова «silicium». Этот химический элемент расположен в третьем периоде в IVА группе Периодической таблицы Д.И. Менделеева. Относится к элементамр-семейства. Неметалл. Относительная атомная масса натрия равна 28,086 а.е.м.

Электронная формула кремния

В ядре атома кремния содержится 14 протонов и 14 нейтронов (массовое число равно 28). В атоме кремния есть три энергетических уровня, на которых находятся 14 электронов (рис. 2).

Рис. 2. Строение атома кремния.

Электронная формула атома кремния в основном состоянии имеет следующий вид:

+14 Si)₂)₈)₄;

1s²2s²2p⁶3s²3p².

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

При сгорании 7 г органического вещества получили 11,2 л (н.у.) CO₂ и 9 г H₂O. Относительная плотность вещества по кислороду равна 1,313. Найдите молекулярную формулу вещества.

Решение

Составим схему реакции сгорания органического соединения обозначив количество атомов углерода, водорода и кислорода за «x», «у»и «z» соответственно:

C_xH_yO_z →CO₂ + H₂O.

Определим массы элементов, входящих в состав этого вещества. Значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел: Ar(C) = 12 а.е.м., Ar(H) = 1 а.е.м., Ar(O) = 16 а.е.м.

m(C) = n(C)×M(C) = n(CO₂)×M(CO₂) = [V(CO₂) / V_m]×M(CO₂);

m(H) = n(H)×M(H) = 2×n(H₂O)×M(H) = [2×n(H₂O) / M(H₂O)]×M(H).

Рассчитаем молярные массы углекислого газа и воды. Как известно, молярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы (M = Mr):

M(CO₂) = Ar(C) + 2×Ar(O) = 12+ 2×16 = 12 + 32 = 44 г/моль;

M(H₂O) = 2×Ar(H) + Ar(O) = 2×1+ 16 = 2 + 16 = 18 г/моль.

Тогда,

m(C) = [11,2 / 22,4]×44 = 6 г;

m(H) = [2×9 / 18] ×1 = 1 г.

Определим химическую формулу соединения как C_xH_y:

x:y = m(C)/Ar(C) : m(H)/Ar(H);

x:y =6/12 :1/1;

x:y = 0,5 : 1 = 1: 2.

Значит простейшая формула соединения CH₂и молярную массу 14 г/моль [M(CH₂) = Ar(C) + 2×Ar(H)= 12 + 2×1 = 14 г/моль].

Значение молярной массы органического вещества можно определить при помощи его плотности по кислороду:

M_substance = M(O₂) × D(O₂)_;

M_substance = 32 × 1,313 = 42 г/моль.

Чтобы найти истинную формулу органического соединения найдем отношение полученных молярных масс:

M_substance / M(CH₂) = 42 / 14 = 3.

Значит индексы атомов углерода и водорода должны быть в 3 раза выше, т.е. формула вещества будет иметь вид C₃H₆.

Ответ

C₃H₆

ПРИМЕР 2

Задание

При сжигании 3,5 г газа образовалось 11 г углекислого газа и 4,5 г воды. Один литр этого газа (н.у.) имеет массу 1,25 г. Определите молекулярную формулу этого газа.

Решение

C_xH_yO_z+ O_z→CO₂ + H₂O.

m(C) = n(C)×M(C) = n(CO₂)×M(C) = [m(CO₂) / M(CO₂)]×M(C);

m(H) = n(H)×M(H) = 2×n(H₂O)×M(H) = [2×m(H₂O) / M(H₂O)]×M(H);

M(CO₂) = Ar(C) + 2×Ar(O) = 12+ 2×16 = 12 + 32 = 44 г/моль;

M(H₂O) = 2×Ar(H) + Ar(O) = 2×1+ 16 = 2 + 16 = 18 г/моль.

Тогда,

m(C) = [11 / 44]×12 = 3 г;

m(H) = 2×4,5 / 18 ×1= 0,5 г.

m(O) = m(C_xH_yO_z) – m(C) – m(H) = 3,5 – 3 – 0,5 = 0 г.

Значит в составе газа нет кислорода. Определим простейшую химическую формулу соединения:

x:y = m(C)/Ar(C) : m(H)/Ar(H);

x:y:z= 3/12 : 0,5/1;

x:y:z= 0,25 : 0,5 = 1: 2.

Значит простейшая формула этого соединения CH₂, а его молярная масса 14 г/моль [M(CH₂) = Ar(C) + 2×Ar(H) = 12 + 2×1 = 12 + 2 = 14 / моль].

Чтобы определить истинную (молекулярную) формулу газа необходимо найти отношение истинной и полученной молярных масс. Известно, что один литр этого газа (н.у.) имеет массу 1,25 г. Тогда истинная молярная масса газа будет равна:

V = n × V_m;

n = V / V_m.

m = n × M;

n = m / M.

V / V_m = m / M;

M = m×V_m / V;

M = 1,25 × 22,4 / 1 = 28 г/моль.

Отношение истинной и полученной молярных масс равно:

M_substance / M(CH₂) = 28 / 14 = 2.

Значит индексы атомов углерода и водорода должны быть в 2 раза выше, т.е. формула газа будет иметь вид C₂H₄. Это этилен.