Кремний

Сообщалось о получении (довольно сложным косвенным путём) и другого нитрида кремния — Si2N2, который представляет собой белый рентгеноаморфный порошок, при нагревании выше 1200 °С переходящий в Si3N4. Взаимодействием SiCl4 с жидким аммиаком был получен полимерный имид кремния — [Si(NH)2]n.

Нагреванием Si и SiO2 в атмосфере азота при 1450 °С был получен оксонитрид Si2N2O, простейшей формуле которого отвечает строение O(SiN)2.

Жёлто-коричневый фосфид кремния может быть получен взаимодействием элементов (выше 700 °С). Это игольчатые кристаллы с красным металлическим блеском, отвечающие формуле SiP. Синтезом из элементов был получен и чёрный SiP2.

При прокаливании смеси SiO2 c углём в электрической печи до 2000 °С образуется

карбид кремния (SiC), называемый обычно карборундом

. Реакция идёт по суммарному уравнению:

SiO2 + 3 C + 527 кДж = 2 СО + SiC

и требует затраты около 8 тыс. кВт·ч на тонну SiC. Чистый карборунд представляет собой бесцветные кристаллы (выше 2200 °С разлагающиеся на элементы), а технический продукт обычно окрашен примесями в тёмный цвет. Ежегодная мировая выработка карборунда составляет около 100 тыс. т.

Из свойств карборунда наиболее важна его твёрдость, уступающая лишь твёрдости алмаза. Он широко применяется для выработки твёрдых материалов. В частности, из него обычно изготовляют круги точильных станков. Карборунд обладает хорошей теплопроводностью и полупроводниковыми свойствами (n-типа), которые сохраняются до 1000 °С (тогда как у элементарного кремния они теряются уже выше 250 °С). Он находит использование для изготовления электропечей, однако для этих целей чаще применяют силит, получаемый обжигом при 1500 °С (в атмосфере СО или N2) массы, сформированной из смеси карборунда, кремния и глицерина. Силит обладает механической прочностью, химической стойкостью и хорошей электропроводностью.

С химической стороны карборунд характеризуется своей индифферентностью по отношению ко всем обычным кислотам (кроме смеси концентрированных HF и HNO3). Напротив, при сплавлении со щелочами в присутствии воздуха он легко разлагается с образованием солей кремневой и угольной кислот. Выше 800 °С карборунд начинает заметно окисляться кислородом воздуха, а выше 1300 °С реагирует с водяным паром по схеме:

SiC + 2H2O = SiO2 + CH4.

Хлорирование SiC (при температурах выше 600 °С) ведёт к образованию SiCI4 и свободного углерода.

В воде SiO2 практически нерастворим. Не действуют на него и кислоты, за исключением HF, которая реагирует по схеме:

SiO2 + 4 HF = SiF4­ + 2H2O.

Щёлочи постепенно переводят SiO2 в раствор, образуя соответствующие соли кремневой кислоты (силикаты), например, по реакции:

SiO2 + 2 NaOH = Na2SiO3 + H2O.

Очень мелко раздробленный диоксид кремния быстро растворяется при кипячении с растворами щелочей, обычно же реакцию получения кремнекислых солей проводят путём сплавления SiO2 со щелочами или соответствующими карбонатами, из которых при высокой температуре выделяется СО2, например, по схеме:

SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2­.

В результате реакция сводится к выделению угольной кислоты кремневой кислотой.

Кристаллы Na2SiO3 (т. пл. 1027 °С) слагаются из цепей типа [–OSi(O2)–]n, в промежутках между которыми располагаются ионы натрия.

Гидролиз метасиликата натрия идёт с образованием двуметасиликата по схеме:

2 Na2SiO3 + H2O = Na2Si2O5 + 2 NaOH,

причём в нормальном растворе гидролизовано 14, в 0,1 н. — 28 и в 0,01 н.— 32%. Гидролиз двуметасиликата идёт уже значительно слабее. Так, в нормальном растворе гидролизуется его 2,4, в 0,1 н. — 6%.

Наряду с Na2SiO3 в растворимом стекле содержатся и более сложные силикаты натрия. Их обычный состав может быть выражен формулой Na2O·nSiO2, где n = 2 ¸ 4. Постепенным отщеплением части SiO2 обусловлены те изменения в жидком стекле (помутнение, а иногда и застывание нацело в студнеобразную массу), которые часто наблюдаются при долгом его хранении. Жидкое стекло следует держать в сосудах с резиновыми пробками (так как стеклянные и корковые сильно приклеиваются к горлышку).

Copyright © 2024 - All Rights Reserved - www.chemicalnow.ru