Онлайн калькуляторы

На нашем сайте собрано более 100 бесплатных онлайн калькуляторов по математике, геометрии и физике.

Справочник

Основные формулы, таблицы и теоремы для учащихся. Все что нужно, чтобы сделать домашнее задание!

Заказать решение

Не можете решить контрольную?!
Мы поможем! Более 20 000 авторов выполнят вашу работу от 100 руб!

Кремний и его характеристики

Общая характеристика кремния

ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Кремний – четырнадцатый элемент Периодической таблицы. Обозначение – Si от латинского «silicium». Расположен в третьем периоде, IVА группе. Относится к неметаллам. Заряд ядра равен 14.

Кремний – один из самых распространенных в земной коре элементов. Он составляет 27% (мас.) доступной нашему исследованию части земной коры, занимая по распространенности второе место после кислорода. В природе кремний встречается только в соединениях: в виде диоксида кремния SiO2, называемого кремниевым ангидридом или кремнеземом, в виде солей кремниевых кислот (силикатов). Наиболее широко в природе распространены алюмосиликаты, т.е. силикаты, в состав которых входит алюминий. К ним относятся полевые шпаты, слюды, каолин и др.

Как углерод, входя в состав всех органических веществ, кремний является важнейшим элементом растительного и животного царства.

В обычных условиях кремний представляет собой вещество темно-серого цвета (рис. 1). По внешнему виду похож на металл. Тугоплавок – температура плавления равна 1415oС. Характеризуется высокой твердостью.

Кремний. Внешний вид и его характеристики

Рис. 1. Кремний. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса кремния

Относительной молекулярная масса вещества (Mr) – это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (Ar) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии кремний существует в виде одноатомных молекул Si, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 28,084.

Аллотропия и аллотропные модификации кремния

Кремний может существовать в виде двух аллотропных модификаций: алмазоподобной (кубической) (устойчивая) и графитоподобной (неустойчивая). Алмазоподобный кремний находится в твердом агрегатном состоянии, а графитоподобный – в аморфном. Они также различаются по внешнему виду и химической активности.

Кристаллический кремний представляет собой вещество темно-серого цвета с металлическим блеском, а аморфный – порошок бурого цвета. Вторая модификация обладает большей реакционной способностью, чем первая.

Изотопы кремния

Известно, что в природе кремний может находиться в виде трех стабильных изотопов 28Si, 29Si и 30Si. Их массовые числа равны 28, 29 и 30 соответственно. Ядро атома изотопа кремния 28Si содержит четырнадцать протонов и четырнадцать нейтронов, а изотопов 29Si и 30Si – такое же количество протонов, пятнадцать и шестнадцать нейтронов соответственно.

Существуют искусственные изотопы кремния с массовыми числами от 22- х до 44-х, среди которых наиболее долгоживущим является 32Si с периодом полураспада равным 170 лет.

Ионы кремния

На внешнем энергетическом уровне атома кремния имеется четыре электрона, которые являются валентными:

1s22s22p63s22.

В результате химического взаимодействия кремний может отдавать свои валентные электроны, т.е. являться их донором и превращаться в положительно заряженный ион, или принимать электроны от другого атома, т.е. быть акцептором, и превращается в отрицательно заряженный ион:

Si0 -4e → Si4+;

Si0 +4e → Si4-.

Молекула и атом кремния

В свободном состоянии кремний существует в виде одноатомных молекул Si. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу кремния:

Энергия ионизации атома, эВ

8,15

Относительная электроотрицательность

1,90

Радиус атома, нм

0,132

Сплавы кремния

Кремний используется в металлургии. Он служит составной частью многих сплавов. Важнейшие из них – это сплавы на основе железа, меди и алюминия.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1
Задание Сколько потребуется оксида кремния (IV), содержащего 0,2 массовых примесей, чтобы получить 6,1 г силиката натрия.
Решение Запишем уравнение реакции получения силиката натрия из оксида кремния (IV):

SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O.

Найдем количество вещества силиката натрия:

M(Na2SiO3) = 2×Ar(Na) + Ar(Si) + 3×Ar(O) = 2×23 + 28 + 3×16 = 122 г/моль.

n(Na2SiO3) = m (Na2SiO3) / M(Na2SiO3);

n(Na2SiO3) = 6,1 / 122 = 0,05моль.

Согласно уравнению реакции n(Na2SiO3) :n(SiO2) = 1:1, т.е. n(Na2SiO3) = n(SiO2) = 0,05 моль.

Масса оксида кремния (IV) (без примесей) будет равна:

M(SiO2) = Ar(Si) + 2×Ar(O) = 28 + 2×16 = 28 + 32 = 60 г/моль.

mpure(SiO2) = n(SiO2) ×M(SiO2) = 0,05×60 = 3г.

Тогда масса оксида кремния (IV), необходимая для реакции будет равна:

m(SiO2) =mpure(SiO2)/wimpurity = 3 / 0,2 = 15 г.

Ответ 15 г
ПРИМЕР 2
Задание Какую массу силиката натрия можно получить при сплавлении оксида кремния (IV) с 64,2 г соды, массовая доля примесей в которой составляет 5%?
Решение Запишем уравнение реакции получения силиката натрия путем сплавления соды и оксида кремния (IV):

SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2­.

Определим теоретическую массу соды (рассчитывается по уравнению реакции):

n(Na2CO3) = 1 моль.

M(Na2CO3) = 2×Ar(Na) + Ar(C) + 3×Ar(O) = 2×23 + 12 + 3×16 = 106 г/моль.

m(Na2CO3) = n(Na2CO3) ×M(Na2CO3) = 1×106 = 106г.

Найдем практическую массу соды:

wpure(Na2CO3) = 100% — wimpurity = 100% — 5% = 95% = 0,95.

mpure(Na2CO3) = m(Na2CO3) ×wpure(Na2CO3);

mpure(Na2CO3) = 64,2 × 0,95 = 61 г.

Рассчитаем теоретическую массу силиката натрия:

n(Na2SiO3) = 1 моль.

M(Na2SiO3) = 2×Ar(Na) + Ar(Si) + 3×Ar(O) = 2×23 + 28 + 3×16 = 122 г/моль.

m(Na2SiO3) = n(Na2SiO3) ×M(Na2SiO3) = 1×122 = 122г.

Пусть практическая масса силиката натрия равна х г. Составим пропорцию:

61 г Na2CO3 – х г Na2SiO3;

106 г Na2CO3 – 122 г Na2SiO3.

Отсюда х будет равен:

х = 122 × 61 / 106 = 70,2 г.

Значит масса выделившегося силиката натрия равна 70,2 г.

Ответ 70,2 г
Нужна помощь с
решением задач?
Более 500 авторов онлайн и готовы помочь тебе прямо сейчас! Цена от 20 рублей за задачу. Сейчас у нас проходит акция, мы дарим 100 руб на первый заказ.