Валентность кремния – возможности, число валентных электронов

Валентность кремния – возможности, число валентных электронов Кислород

Важные соединения кремния

Оксид кремния (IV) SiO2 имеет атомное строение, высокий показатель твердости, тугоплавкий (плавится при температуре 1730 °С). Кислотный оксид, соответствует кремниевой кислоте.

Получают:

  • в промышленности — нагреванием кремния в атмосфере кислорода:
Реакция 13

Si O2 →600°СSiO2.

Реакция 14

Химические свойства SiO2:

  • не растворяется в кислотах, реагирует только с плавиковой кислотой и газообразным фтороводородом:
Реакция 15
 Реакция 16

На реакции с карбонатами основано получение оконного стекла — смесь из соды, известняка и белого песка прокаливают при температуре, равной 1500 °С: 

Реакция 17

Na2CO3 CaCO3 6SiO2 →t°Na2O·CaO·6SiO2 2CO2↑.

Кремниевая кислота и ее соли — силикаты.

Кремниевая кислота H2SiO3 — слабая, малорастворимая.

Реакция 18

Na2SiO3   2HCl → 2NaCl   H2SiO3↓.

Кремниевая кислота реагирует только с сильными основаниями и их оксидами, образуя силикаты:

Реакция 19

H2SiO3   LiOH → Li2SiO3   2H2O.

Силикаты, кроме Na2SiO3 и K2SiO3 (их называют жидким стеклом), нерастворимы в воде. Получают следующими методами:

  • взаимодействие кремния, оксида кремния или кремниевой кислоты с щелочами:
Реакция 20
Реакция 21

MgO   SiO2 → MgSiO3 силикат магния;

  • реакция растворимых силикатов с солями:
Реакция 22

K2SiO3   CaCl2 → CaSiO3 силикат кальция   2KCl.

Силициды — это бинарные соединения кремния с металлами, в которых кремний имеет степень окисления -4. Тип химической связи — ионная.

Получают при сплавлении простых веществ или восстановлением смеси оксидов коксом в электропечах:

Реакция 23

Вступают в реакцию:

Реакция 24

Силан — это бинарное соединение кремния с водородом SiH4, ядовитый бесцветный газ.

Если к порошку силицида магния добавить разбавленную соляную кислоту, то на поверхности раствора образуются пузырьки силана. Они лопаются и загораются на воздухе.

Реакция 25

Химические свойства силана:

Реакция 26

    5. Карборунд SiC имеет атомный тип кристаллической решетки, сходный с алмазной. Твердый, плавится при температуре 2730 °С.

Получают по схеме:

Реакция 27

Si C →2000°СSiC.

Окисляется кислородом:

Реакция 28

Применение кремния и его соединений — силикатная промышленность.

Кремний используют в металлургии — добавка к стали и другим сплавам; в электронике — изготовление полупроводниковых приборов, радиодеталей и солнечных батарей.

Кремний необходим для поддержания здоровья кожи, волос и ногтей. Кремний участвует в формировании костей, повышает эластичность и прочность кровеносных сосудов, что используется в профилактике сердечно-сосудистых заболеваний. 

Диоксид кремния: 

  • производство стекла, керамики, бетона и кирпича. Из керамики, помимо посуды и декоративных изделий, производят изоляторы для высоковольтных ЛЭП и другие изделия, используемые в технике и строительстве;
  • чистый кварц используется в приборостроении;
  • производство косметики: как эмульгатор и компонент против слеживания.

Силициды входят в состав жаропрочных и кислотоустойчивых сплавов и высокотемпературных полупроводниковых материалов.

Карбид кремния используют как абразив при затачивании резцов металлорежущих станков и шлифовки драгоценных камней, а также в качестве имитации алмаза в ювелирном деле.  

Вяжущие строительные материалы

Вяжущие строительные материалы представляют собой вещества или смеси веществ, способные при смешивании с водой образовывать вязкую массу, которая постепенно затвердевает.

Одним из древнейших строительных материалов является известь. Различают негашеную известьCaO и гашеную известьКремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерамиCaO (негашеную известь) переводят в гидроксид («гасят» водой) и получают гашеную известь Кремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерами

Эта реакция протекает с выделением большого количества теплоты, что приводит к сильному разогреванию смеси (рис. 114). В результате образуется облако водяного пара, как при гашении костра водой. Поэтому данная реакция и называется «гашение извести». Гашеную известь в смеси с песком используют в качестве вяжущего строительного материала.

Другим примером вяжущих строительных материалов является цемент. Если его смешать с водой, то образуется тестообразная масса, которая через некоторое время затвердевает. Это свойство цемента и используется в строительном деле для скрепления, например, кирпичей при сооружении стен.

Из смеси цемента, песка и воды с добавлением мелкого щебня или гравия получают бетон. Если в бетон ввести каркас из железных стержней, то получается железобетон. Бетон и железобетон широко применяются в строительстве. Введение в бетон химических веществ определенного состава позволяет получать пенобетон, отличающийся легкостью, высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами. Важнейшим отличием бетона от известкового раствора является то, что при его затвердевании происходит поглощение воды.

Недавно ученые на основе фосфата магния разработали биобетон. Внешние панели из биобетона после постройки тут же начинают накапливать дождевую воду, становясь идеальной средой для развития лишайников и мхов. Это позволяет создавать вертикальные сады на стенах жилых зданий, реализуя концепцию экогородов (см. рис. вверху).

В качестве вяжущего материала используют также алебастр, который часто называют полуводным гипсом. Его формулу записывают следующим образом Кремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерамигипс Кремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерами

Какие вещества реагируют с соляной кислотой

В реакцию с соляной кислотой вступают следующие вещества:

  • металлы, стоящие в электрохимическом ряду до водорода;

  • неметаллы (фтор);

  • основания;

  • соли;

  • оксиды различных металлов;

  • органические соединения и биоорганические соединения.

Способность указанных выше веществ реагировать с хлористым водородом определяется их химическими свойствами. Так, например, неметаллы в виде фтора, за счет более высокого уровня электроотрицательной способности вытесняют хлор (компонент хлороводорода) из соединения, или основания (гидроксиды металлов), обладая выраженными основными свойствами, вступая в реакцию с хлороводором, образуют соли металлов (такое химическое превращение называется р. нейтрализации).

Отдельно стоит отметить взаимодействие хлороводорода с белками, которое каждые 1,5 часа (циркадные ритмы) происходит в желудке человека, с образованием аминокислот их хлорных соединений. Такое химическое превращение получило название кислотного гидролиза.

Электроотрицательность представляет собой способность атома перетягивать электронную плотность от других структур в химическом соединении. Соответственно, чем выше данный показатель у того или иного элемента периодической таблицы, тем больше будет выражена его способность перетягивать электронную плотность в веществе, и наоборот.

Электрохимический ряд потенциалов – это последовательное расположение металлов из таблицы Менделеева в порядке повышения их уровня электроотрицательности. Водород занимает в данной последовательности срединное положение. Металлы, расположенные до водорода, будут обладать меньшей способность удерживать электронное облако, то есть обладать более выраженными металлическими свойства, в результате чего хлор (составная часть HCl) будет проще взаимодействовать с подобными атомами.

Характерными признаки реакции хлороводорода с металлами, стоящими в ряду напряжения металлов до водорода, следующие:

выделение газа (в виде газа представлен H2);

образование осадка (в случае реакции со свинцом, соединение PbCl2 малорастворимое, и может выпадать в осадок при определенных условиях).

Классификация по видам

Классификация химической посуды по видам и форме включает в себя следующие приборы:

  • Воронки. Они служат для переливания небольшого количества жидкости и имеют диаметр от 35 до 300 мм. Как правило, стенки воронок гладкие, но в некоторых случаях встречаются рифленые экземпляры. Для удобства работы их ставят в специальный держатель или в углубления штатива.
  • Колбы. Они могут быть круглодонные (из высокопрочного стекла для устойчивости к высокой температуре) или грушевидные, называемые колбами Кьельдала. Это термостойкие изделия, используемые для определения количества азота. И еще есть приборы, необходимые для дистилляции.
  • Пробирки. Эти сосуды нужны для проведения всевозможных экспертиз, анализов и взятия проб. Обычно они стеклянные, но могут изготавливаться и из качественного пластика. Чтобы они могли устойчиво стоять на столе, используется пробиркодержатель.
  • Чаши. Их применяют для сбора и выведения штаммов микроорганизмов, сохранения их частиц и травления печатных плат. Самым известным видом прибора является чаша Петри.
  • Мерная посуда. К таким приборам относятся всевозможные пипетки, мензурки и цилиндры, имеющие на поверхности делительную маркировку. Изготавливаются из стекла и редко используются для контакта с высокой температурой.
  • Приборы для взвешивания. Такие стаканчики могут быть низкими и высокими. Их используют для соблюдения пропорций при смешивании.
  • Холодильники. Применяются для хранения веществ, их перегонки или конденсации.
  • Кроме того, в каждой лаборатории есть целые наборы для проведения опытов. Опытный химик пользуется ими, чтобы ускорить работу. В наборе есть все необходимое для безопасного проведения опытов: тигельный сосуд, шпатель, палочка для извлечений веществ, трубки, щипцы для захвата колб и так далее.

    Понятие о выходе продукта химической реакции

    На практике при проведении химических реакций обычно получается несколько меньшее количество продукта, чем рассчитанное теоретически в соответствии с уравнением реакции. Это может происходить по нескольким причинам.

    Многие химические реакции обратимы, т. е. протекают не до конца. Потери веществ могут быть также обусловлены их испарением, частичным растворением (ведь абсолютно нерастворимых веществ нет), потерями при упаривании или фильтровании растворов и т. п. Немаловажное значение имеет оборудование, с помощью которого осуществляется химическая реакция.

    Для оценки полноты протекания процесса пользуются понятием выход продукта химической реакции. Оно подобно понятию «коэффициент полезного действия», которое применяется в физике для характеристики процессов преобразования и использования энергии, работы различных двигателей и механизмов.

    Выход продукта химической реакции обозначается буквой греческого алфавита η (эта). Он представляет собой величину, равную отношению реально полученной, т. е. практической массы вещества Кремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерамитеоретической массеКремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерами

    Выход продукта химической реакции — безразмерная величина, например: η(СаО) = 0,75, или 75 %.

    Поскольку масса вещества пропорциональна его химическому количеству, то выход продукта реакции можно определять и как отношение соответствующих химических количеств вещества или объемов (для газов):

    Например, если известно, что в реакции синтеза аммиака

    выход продукта составляет 0,75 (η = 0,75, или 75 %), то это означает, что из азота массой 28 г (объемом 22,4 дм3 , химическим количеством 1 моль) мы получим аммиак массой не 34 г (объемом 44,8 дм3 , химическим количеством 2 моль), а массой 34 гКремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерами3 , химическим количеством 1,5 моль).

    Таким образом, выход продукта реакции — это величина, равная отношению реально полученной массы (химического количества, объема) вещества к массе (химическому количеству, объему) этого вещества, рассчитанной по уравнению реакции.

    Величина выхода продукта реакции не может превышать 100 %. Если выход равен 100 %, то говорят, что реакция протекает количественно. В этом случае

    Кроме выражения «выход продукта химической реакции», часто используют и более краткие формы этого понятия: «выход продукта», «выход реакции», «реакция протекает с 90 %-м выходом».

    На практике часто приходится рассчитывать химическое количество, массу или объем продукта реакции, если его выход отличается от 100 %, или, наоборот, определять выход продукта реакции. Рассмотрим типы расчетов с использованием этого понятия.

    Тип 1. Даны массы (объемы, химические количества) исходного вещества и продукта реакции. Требуется определить выход продукта реакции.

    Пример:

    При прокаливании гидроксида алюминия Кремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерами массой 93,6 г получен оксид алюминия Кремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерамимассой 52,02 г. Определите выход продукта реакции

    Дано:

    Кремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерамиКремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерамиКремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерами

    Решение

    1. Определяем молярные массы гидроксида и оксида алюминия:

    Кремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерамиКремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерами

    2. Находим химические количества гидроксида и оксида алюминия:

    3. Записываем уравнение реакции разложения гидроксида алюминия и производим расчет теоретического химического количества (х) и теоретической массы полученного оксида алюминия:

    откуда получим: х = 0,6 моль. Это — Кремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерами

    Тогда теоретическая масса оксида алюминия составит:

    4. Определяем выход продукта реакции (двумя способами):

    Ответ: выход продукта реакции равен 85 %.

    Тип 2. Даны масса (объем, химическое количество) исходного вещества и выход продукта реакции. Требуется определить массу (объем, химическое количество) продукта реакции.

    Пример:

    Рассчитайте массу нитрата аммония Кремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерами который может быть получен из аммиака объемом 4,48 м3 (н. у.) и необходимого количества азотной кислоты, если выход продукта составляет 90 %?

    Дано:

    V(NH3) = 4,48 м3 = 4480 дм3

    η (NH4NO3) = 90 %

    Кремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерами

    Решение 1.

    Найдем химическое количество аммиака:

    2. Составим уравнение реакции и рассчитаем теоретическое химическое количество Кремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерамиКремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерамиКремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерами

    Ответ: практическая масса нитрата аммония равна 14,4 кг.

    Тип 3. Даны масса (объем, химическое количество) продукта и выход продукта. Требуется определить массу (объем, химическое количество) исходного вещества.

    Пример:

    Определите объем (н. у.) водорода, который понадобится для получения аммиака объемом 13,44 м3 (н. у.), если его практический выход равен 20 %.

    Дано:

    Кремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерамиКремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерамиКремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерами

    Решение

    1. Рассчитаем теоретический объем аммиака:

    2. Составим уравнение реакции синтеза аммиака и рассчитаем объем (х) водорода:

    Ответ: для синтеза аммиака потребуется водород объемом 100,8 м3

    Выход продукта реакции — это величина, равная отношению реально полученной в результате реакции массы (химического количества, объема) вещества к массе (химическому количеству, объему) этого вещества, рассчитанной по уравнению реакции

    Силикаты

    Силикаты— это соли кремниевой кислоты.  Большинство силикатов нерастворимо в воде, кроме силикатов натрия и калия, их называют «жидким стеклом».

    Способы получения силикатов:

    1. Растворение кремния, кремниевой кислоты или оксида в щелочи:

    H2SiO3 2KOH → K2SiO3 2H2O

    Si 2NaOH H2O → Na2SiO3 2H2

    SiO2 2KOH → K2SiO3 H2O

    2.Сплавление с основными оксидами:

    СаО     SiO2   →   CaSiO3

    3.  Взаимодействие растворимых силикатов с солями:

    K2SiO3 CaCl2    →    CaSiO3 2KCl

    Оконное стекло (натриевое стекло) — силикат натрия и кальция: Na2O·CaO·6SiO2.

    Стекло получают при сплавлении в специальных печах смеси соды Na2CO3, известняка CaCO3 и белого песка SiO2:

    6SiO2 Na2CO3 CaCO3 → Na2O·CaO·6SiO2 2CO2

    Для получения специального стекла вводят различные добавки, так стекло содержащее ионы Pb2 – хрусталь; Cr3 – имеет зеленую окраску, Fe3 – коричневое бутылочное стекло, Co2 – дает синий цвет, Mn2 – красновато-лиловый.

    Соли кремниевой кислоты

    Из солей кремниевой кислоты растворимы только силикаты щелочных металлов. Силикаты калия и натрия называют растворимыми стеклами, а их концентрированные водные растворы — жидким стеклом. Раньше жидкое стекло широко использовалось в качестве силикатного клея.

    Концентрированный раствор силиката натрия применяется для пропитки деревянных изделий и тканей для придания им огнеупорных свойств. Приготовим две одинаковые полоски бумаги. Одну из них покроем тонким слоем жидкого стекла и высушим на воздухе. Затем одновременно внесем полоски в пламя спиртовки (рис. 111). Что при этом наблюдается?

    Если в разбавленный раствор силиката натрия поместить несколько кристаллов окрашенных солей, то через некоторое время в растворе появятся длинные цветные нити в виде веточек. Получается силикатный «сад» (рис. 112). С особенностями протекания этого процесса вы можете познакомиться, если прочитаете дополнительную литературу.

    Природные кремнеземы, силикаты и глина являются сырьем для силикатной промышленности.

     В составе силикатов часто встречается третий по распространенности в земной коре после кислорода и кремния элемент алюминий. В этом случае они называются алюмосиликатами. Их состав часто записывают в виде соединения оксидов. Например, состав калиевого полевого шпата выражается формулой Кремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерамикаолинита — главной составной части глин — отвечает формуле Кремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерамиКремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерами

    • Оксид кремния(IV) SiO2 является кислотным оксидом. При нагревании или сплавлении SiO2 реагирует с основными оксидами, щелочами и некоторыми солями.
    • Кремниевую кислоту H2SiO3 можно получить, действуя более сильными кислотами на растворы ее солей.
    • Соли кремниевой кислоты называются силикатами.
    • Концентрированные водные растворы силикатов калия и натрия называют жидким стеклом.

    Стекло

    Чаще всего мы сталкиваемся со стеклами, полученными на основе различных силикатов, поэтому в быту слово «стекло» употребляется для обозначения именно силикатных стекол.

    Кроме красивого внешнего вида, стекло обладает низкой теплопроводностью и высокой прозрачностью, что позволяет использовать его для изготовления оконных стеклопакетов. При нагревании стекло легко вытягивается в тонкие, длинные нити, из которых изготавливают стекловату, стекловолокно и стеклоткани.

    Стекольная промышленность Беларуси имеет давнюю историю. В 1717 г. в деревнях Налибоки и Янковичи (ныне Столбцовский район) по образцу Дрезденской мануфактуры Радзивиллы основали Налибокскую стеклянную мануфактуру, где изготавливались зеркала, подсвечники, художественная и бытовая посуда. В 1737 г.

    в деревне Уречье (ныне Любанский район) была основана Уречская стеклянная мануфактура, которая выпускала изделия из бесцветного и цветного стекла. Эти мануфактуры существовали до середины XVIII в. В 1883 г. помещик Зенон Ленский построил в поселке Березовка (ныне Лидский район) мануфактуру, которая позже, в 1908 г., стала стеклозаводом «Неман», работающим и по сей день.

    Стекло не является индивидуальным соединением, а представляет собой сплав нескольких веществ. Для получения стекла (как говорят на производстве, при «варке» стекла) в качестве исходных материалов используют Кремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерамиКремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерамиКремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерамиКремний в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерами

    Часто при варке стекла для придания ему специфических свойств и окраски в исходную смесь добавляют разнообразные соли и оксиды.

    • Стекло является экологически чистым материалом. Оно может подвергаться вторичной переработке, не загрязняя при этом окружающую среду.
    • Основным источником сырья для производства строительных материалов являются природные соединения: песок, глина, известняк, силикаты и алюмосиликаты.
    • К строительным материалам относятся стекло, керамика, вяжущие материалы.

    Таблица валентности химических элементов (1 часть):

    Атомный номер Химический элемент Символ Валентность Примеры соединений Примечание
    1 Водород H I HCl, H2O2
    2 Гелий He отсутствует
    3 Литий Li I LiOH, Li2O
    4 Бериллий Be I, II
    5 Бор B III B2O3
    6 Углерод C II, IV
    7 Азот N I, II, III, IV
    • N2O;
    • NO;
    • N2O3, Ca(NO2)2,(NO)F, HNO2 NH2OH, NH3;
    • NO2, N2O4, HNO3, NH4NO3,  Ca(NO3)2, N2O5
    В азотной кислоте (HNO3) и своем высшем оксиде (N2O5) атом азота образует только четыре ковалентные связи, являясь четырехвалентным
    8 Кислород O II (NO)F, CaO, O2, H2O2,Cl2O, H2O
    9 Фтор F I HF, (NO)F
    10 Неон Ne отсутствует
    11 Натрий Na I Na2S, Na2O
    12 Магний Mg II Mg(NO3)2
    13 Алюминий Al III Al2O3, Al2S3, AlCl3
    14 Кремний Si II, IV
    15 Фосфор P III, V
    • P2O3, PH3,  H3PO3, H3PO4;
    • P2O5
    16 Сера S II, IV, VI
    • H2S, K2S, PbS, Al2S3, Fe2S3, FeS2;
    • SO2;
    • SF6, SO3, H2SO4
    17 Хлор Cl I, III, IV, V, VI, VII
    • Cl2O, NaCl,  Cl2, HCl, NH4Cl;
    • NaClO2;
    • NaClO2;
    • KClO3, Cl2O5;
    • Cl2O6;
    • Cl2O7
    18 Аргон Ar отсутствует
    19 Калий K I KOH, K2O, K2S
    20 Кальций Ca II Ca(OH)2
    21 Скандий Sc III Sc2O3
    22 Титан Ti II, III, IV
    23 Ванадий V II, III, IV, V
    24 Хром Cr II, III, VI
    25 Марганец Mn II, III, IV, VI, VII
    • Mn(OH)2;
    • Mn2O3;
    • MnO2;
    • MnO3;
    • Mn2O7
    26 Железо Fe II, III
    • Fe(OH)2, FeS2, FeO;
    • Fe2O3, Fe(OH)3, Fe2Cl3, Fe2S3
    27 Кобальт Co II, III
    28 Никель Ni II, III
    29 Медь Cu I, II
    30 Цинк Zn II ZnSO4, ZnO, ZnS

    Таблица валентности химических элементов (2 часть):

    31 Галлий Ga I, II, III
    32 Германий Ge II, IV
    33 Мышьяк As III, V
    34 Селен Se II, IV, VI
    35 Бром Br I, III, V, VII
    36 Криптон Kr отсутствует
    37 Рубидий Rb I RbOH
    38 Стронций Sr II SrO
    39 Иттрий Y III Y(NO3)3
    40 Цирконий Zr II, III, IV
    41 Ниобий Nb I, II, III, IV, V
    42 Молибден Mo II, III, IV, V, VI
    • MoCl2;
    • Mo(OH)3;
    • MoO2;
    • MoCl5;
    • MoF6
    43 Технеций Tc II, III, IV, V, VI, VII
    • TcCl2;
    • TcBr3;
    • TcBr4;
    • TcF5;
    • TcCl6;
    • Tc2O7
    44 Рутений Ru II, III, IV, V, VI, VII, VIII
    • Ru(OH)2;
    • RuCl3;
    • Ru(OH)4;
    • Ru2O5;
    • RuB2;
    • NaRuO4;
    • RuO4
    45 Родий Rh II, III, IV, V, VI
    • RhO;
    • Rh2(SO4)3;
    • Rh(OH)4;
    • RhF5;
    • RhF6
    46 Палладий Pd II, IV
    47 Серебро Ag I, II, III
    48 Кадмий Cd I, II
    49 Индий In I, II, III
    50 Олово Sn II, IV
    51 Сурьма Sb III, V
    52 Теллур Te II, IV, VI
    53 Йод I I, III, V, VII
    54 Ксенон Xe отсутствует
    55 Цезий Cs I Cs2O
    56 Барий Ba II Ba(OH)2
    57 Лантан La III La2(SO4)3
    58 Церий Ce III, IV
    59 Празеодим Pr II, III, IV
    60 Неодим Nd II, III

    Таблица валентности химических элементов (3 часть):

    61 Прометий Pm III PmBr3
    62 Самарий Sm II, III
    63 Европий Eu II, III
    64 Гадолиний Gd II, III
    65 Тербий Tb II, III, IV
    66 Диспрозий Dy II, III
    67 Гольмий Ho III Ho2(SO4)3
    68 Эрбий Er III Er2O3
    69 Тулий Tm II, III
    70 Иттербий Yb II, III
    71 Лютеций Lu III LuBr3
    72 Гафний Hf I, II, III, IV
    73 Тантал Ta I, II, III, IV, V
    • Ta2O;
    • TaO;
    • TaCl3;
    • TaO2;
    • Ta2O5
    74 Вольфрам W II, III, IV, V, VI
    • W6Cl12;
    • WO3;
    • WO2;
    • W2Cl10;
    • WF6
    75 Рений Re I, II, III, IV, V, VI, VII
    • Re2O;
    • ReO;
    • Re2O3;
    • ReO2;
    • ReF5;
    • ReCl6;
    • ReF7
    76 Осмий Os I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII
    • OsI;
    • OsI2;
    • OsBr3;
    • OsO2;
    • OsCl4;
    • OsF5;
    • OsF6;
    • OsOF5; 
    • OsO4
    77 Иридий Ir I, II, III, IV, V, VI
    • IrCl;
    • IrCl2;
    • IrCl3;
    • IrO2;
    • Ir4F20;
    • IrF6
    78 Платина Pt II, III, IV, V, VI
    79 Золото Au I, II, III, V
    80 Ртуть Hg I, II
    81 Таллий Tl I, II, III
    82 Свинец Pb II, IV
    83 Висмут Bi III, V
    84 Полоний Po II, IV, VI
    85 Астат At нет данных
    86 Радон Rn отсутствует
    87 Франций Fr I FrOH
    88 Радий Ra II Ra(OH)2
    89 Актиний Ac III Ac2O3
    90 Торий Th II, III, IV
    91 Протактиний Pa II, III, IV, V
    92 Уран U III, IV, V, VI
    93 Нептуний Np III, IV, V, VI, VII
    94 Плутоний Pu III, IV, V, VI, VII
    95 Америций Am II, III, IV, V, VI
    96 Кюрий Cm II, III, IV
    97 Берклий Bk III, IV
    98 Калифорний Cf II, III, IV
    99 Эйнштейний Es II, III
    100 Фермий Fm II, III

    Первоначально за единицу валентности была принята валентность атома водорода. Валентность другого элемента можно при этом выразить числом атомов водорода, которое присоединяет к себе или замещает один атом этого другого элемента.

    Определенная таким образом валентность называется валентностью в водородных соединениях или валентностью по водороду: так, в соединениях HCl, H2O, NH3, CH4 валентность по водороду хлора равна единице, кислорода – двум, азота – трём, углерода – четырём.

    Валентность кислорода, как правило, равна двум. Поэтому, зная состав или формулу кислородного соединения того или иного элемента, можно определить его валентность как удвоенное число атомов кислорода, которое может присоединять один атом данного элемента.

    Определенная таким образом валентность называется валентностью элемента в кислородных соединениях или валентностью по кислороду: так, в соединениях K2O, CO, N2O3, SiO2, SO3 валентность по кислороду калия равна единице, углерода – двум, азота – трём, кремния – четырём, серы – шести.

    С точки зрения электронной теории валентность определяется числом неспаренных (валентных) электронов в основном или возбужденном состоянии.

    Известны элементы, которые проявляют постоянную валентность. У большинства химических элементов валентность переменная.

    Коэффициент востребованности 5 596

    Таблица валентности химических элементов.

    Порядковый номер химического элемента, он же: атомный номер, он же: зарядовое число атомного ядра, он же: атомное число

    Русское / Английское наименование

    Химический символ

    Валентность

    1

    Водород / Hydrogen

    H

    (-1), 1

    2

    Гелий / Helium

    He

    0

    3

    Литий / Lithium

    Li

    1

    4

    Бериллий / Beryllium

    Be

    2

    5

    Бор / Boron

    B

    -3, 3

    6

    Углерод / Carbon

    C

    ( 2), 4

    7

    Азот / Nitrogen

    N

    -3, -2, -1, ( 1), 2, 3, 4, 5

    8

    Кислород / Oxygen

    O

    -2

    9

    Фтор / Fluorine

    F

    -1, ( 1)

    10

    Неон / Neon

    Ne

    0

    11

    Натрий / Sodium

    Na

    1

    12

    Магний / Magnesium

    Mg

    2

    13

    Алюминий / Aluminum

    Al

    3

    14

    Кремний / Silicon

    Si

    -4, ( 2), 4

    15

    Фосфор / Phosphorus

    P

    -3, 1, 3, 5

    16

    Сера / Sulfur

    S

    -2, 2, 4, 6

    17

    Хлор / Chlorine

    Cl

    -1, 1, ( 2), 3, ( 4), 5, 7

    18

    Аргон / Argon

    Ar

    0

    19

    Калий / Potassium

    K

    1

    20

    Кальций / Calcium

    Ca

    2

    21

    Скандий / Scandium

    Sc

    3

    22

    Титан / Titanium

    Ti

    2, 3, 4

    23

    Ванадий / Vanadium

    V

    2, 3, 4, 5

    24

    Хром / Chromium

    Cr

    2, 3, 6

    25

    Марганец / Manganese

    Mn

    2, ( 3), 4, ( 6), 7

    26

    Железо / Iron

    Fe

    2, 3, ( 4), ( 6)

    27

    Кобальт / Cobalt

    Co

    2, 3, ( 4)

    28

    Никель / Nickel

    Ni

    ( 1), 2, ( 3), ( 4)

    29

    Медь / Copper

    Сu

    1, 2, ( 3)

    30

    Цинк / Zinc

    Zn

    2

    31

    Галлий / Gallium

    Ga

    ( 2). 3

    32

    Германий / Germanium

    Ge

    -4, 2, 4

    33

    Мышьяк / Arsenic

    As

    -3, ( 2), 3, 5

    34

    Селен / Selenium

    Se

    -2, ( 2), 4, 6

    35

    Бром / Bromine

    Br

    -1, 1, ( 3), ( 4), 5

    36

    Криптон / Krypton

    Kr

    0

    37

    Рубидий / Rubidium

    Rb

    1

    38

    Стронций / Strontium

    Sr

    2

    39

    Иттрий / Yttrium

    Y

    3

    40

    Цирконий / Zirconium

    Zr

    ( 2), ( 3), 4

    41

    Ниобий / Niobium

    Nb

    ( 2), 3, ( 4), 5

    42

    Молибден / Molybdenum

    Mo

    ( 2), 3, ( 4), ( 5), 6

    43

    Технеций / Technetium

    Tc

    6

    44

    Рутений / Ruthenium

    Ru

    ( 2), 3, 4, ( 6), ( 7), 8

    45

    Родий / Rhodium

    Rh

    ( 2), ( 3), 4, ( 6)

    46

    Палладий / Palladium

    Pd

    2, 4, ( 6)

    47

    Серебро / Silver

    Ag

    1, ( 2), ( 3)

    48

    Кадмий / Cadmium

    Cd

    ( 1), 2

    49

    Индий / Indium

    In

    ( 1), ( 2), 3

    50

    Олово / Tin

    Sn

    2, 4

    51

    Сурьма / Antimony

    Sb

    -3, 3, ( 4), 5

    52

    Теллур / Tellurium

    Te

    -2, ( 2), 4, 6

    53

    Иод / Iodine

    I

    -1, 1, ( 3), ( 4), 5, 7

    54

    Ксенон / Xenon

    Xe

    0

    55

    Цезий / Cesium

    Cs

    1

    56

    Барий / Barium

    Ba

    2

    57

    Лантан / Lanthanum

    La

    3

    58

    Церий / Cerium

    Ce

    3, 4

    59

    Празеодим / Praseodymium

    Pr

    3

    60

    Неодим / Neodymium

    Nd

    3, 4

    61

    Прометий / Promethium

    Pm

    3

    62

    Самарий / Samarium

    Sm

    ( 2), 3

    63

    Европий / Europium

    Eu

    ( 2), 3

    64

    Гадолиний / Gadolinium

    Gd

    3

    65

    Тербий / Terbium

    Tb

    3, 4

    66

    Диспрозий / Dysprosium

    Dy

    3

    67

    Гольмий / Holmium

    Ho

    3

    68

    Эрбий / Erbium

    Er

    3

    69

    Тулий / Thulium

    Tm

    ( 2), 3

    70

    Иттербий / Ytterbium

    Yb

    ( 2), 3

    71

    Лютеций / Lutetium

    Lu

    3

    72

    Гафний / Hafnium

    Hf

    4

    73

    Тантал / Tantalum

    Ta

    ( 3), ( 4), 5

    74

    Вольфрам / Tungsten

    W

    ( 2), ( 3), ( 4), ( 5), 6

    75

    Рений / Rhenium

    Re

    (-1), ( 1), 2, ( 3), 4, ( 5), 6, 7

    76

    Осмий / Osmium

    Os

    ( 2), 3, 4, 6, 8

    77

    Иридий / Iridium

    Ir

    ( 1), ( 2), 3, 4, 6

    78

    Платина / Platinum

    Pt

    ( 1), 2, ( 3), 4, 6

    79

    Золото / Gold

    Au

    1, ( 2), 3

    80

    Ртуть / Mercury

    Hg

    1, 2

    81

    Талий / Thallium

    Tl

    1, ( 2), 3

    82

    Свинец / Lead

    Pb

    2, 4

    83

    Висмут / Bismuth

    Bi

    (-3), ( 2), 3, ( 4), ( 5)

    84

    Полоний / Polonium

    Po

    (-2), 2, 4, ( 6)

    85

    Астат / Astatine

    At

    нет данных

    86

    Радон / Radon

    Rn

    0

    87

    Франций / Francium

    Fr

    нет данных

    88

    Радий / Radium

    Ra

    2

    89

    Актиний / Actinium

    Ac

    3

    90

    Торий / Thorium

    Th

    4

    91

    Проактиний / Protactinium

    Pa

    5

    92

    Уран / Uranium

    U

    ( 2), 3, 4, ( 5), 6

    Чего не указано в таблице валентности, это то, что валентность элемента может быть постоянной и переменной.

    Виды валентности

    Постоянная (у металлов главных подгрупп)

    Переменная (у неметаллов  и металлов побочных подгрупп)

    Высшая (равна номеру группы)

    Низшая (равна разности между числом 8 и номером группы)

    Знание валентности элементов необходимы для правильного составления химических формул соединений.

    Технология получения

    В лабораторных условиях кремний получают:

    • прокаливанием белого песка (оксид кремния IV) с металлическим магнием:
    Реакция 8

    2Mg SiO2 →t°Si↓ 2MgO;

    • восстановлением из оксида кремния IV с помощью алюминия:
    Реакция 9

    2Al SiO2 →t°Si↓ Al2O3.

    Промышленные способы получения кремния:

    Реакция 10

    SiO2 2Cкокс→t°2CO↑ Si↓.

    Однако, такой кремний имеет примеси карбида кремния и не подходит для производства микросхем.

    Продукт со степенью чистоты до 99,9% получают:

    Реакция 11

    SiCl4 2H2 →1200°СSi↓ 4HCl;

    Реакция 12

    SiH4 →t°Si↓ 2H2↑.

    Химические свойства

    При нормальных условиях кремний существует в виде атомного кристалла, поэтому химическая активность кремния крайне невысокая.

    1. Кремний проявляет свойстваокислителя(при взаимодействии с элементами, которые расположены ниже и левее в Периодической системе) и свойствавосстановителя(при взаимодействии с элементами, расположенными выше и правее).

    1.1. При обычных условиях кремний реагирует с фтором с образованием фторида кремния (IV):

    Si    2F2  → SiF4

    При нагревании кремний реагируетсхлором, бромом, йодом:

    Si      2Cl2  →   SiCl4

    Si       2Br2  →   SiBr4

    1.2. При сильном нагревании (около 2000оС) кремний реагируетс углеродом с образованием бинарного соединения карбида кремния (карборунда):

    C      Si  → SiC

    При температуре выше 600°С взаимодействует с серой:

    Si      2S   →  SiS2

    1.3.Кремний не взаимодействует с водородом.

    1.4.С азотом кремний реагирует в очень жестких условиях:

    3Si   2N2  →  Si3N4

    1.5.В реакциях сактивными металлами кремний проявляет свойства окислителя. При этом образуются силициды:

    2Ca Si → Ca2Si

    Si       2Mg   →    Mg2Si

    1.6. При нагревании выше 400°С кремний взаимодействуетс кислородом:

    Si      O2   →  SiO2 

    2.Кремний взаимодействует сосложными веществами:

    2.1. В водных растворахщелочейкремний растворяется с образованием солей кремниевой кислоты. При этом щелочь окисляет кремний.

    Si       2NaOH      H2O   →   Na2SiO3      2H2

    Видеоопыт взаимодействия кремния с раствором щелочи можно посмотреть здесь.

    2.2.Кремний не взаимодействует с водными растворами кислот, но аморфный кремний растворяется в плавиковой кислоте с образованием гексафторкремниевой кислоты:

    Si       6HF  →   H2[SiF6]       2H2

    При обработке кремния безводным фтороводородом комплекс не образуется:

    Si(тв.)       4HF(г.)   =   SiF4       2H2

    С хлороводородом кремний реагирует при 300 °С, с бромоводородом – при 500 °С.

    2.3. Кремний растворяется всмеси концентрированных азотной и плавиковой кислот:

    3Si       4HNO3       12HF   →  3SiF4      4NO      8H2O

    Химические свойства si

    Определяются положением кремния в периодической системе Д.И. Менделеева и строением атома: электронная формула 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2. Проявляет степени окисления: -4, 0, 2, 4. Валентность: II и IV.

    Окислительные свойства кремний проявляет в реакциях с активными металлами:

    Реакция 1

    Si 2Mg →t°Mg2Si-4 силицид магния; 

    С водородом не реагирует, но при растворении силицидов в кислотах образуется силан:

    Реакция 2

    Mg2Si   4HCl → 2MgCl2   SiH4 силан.  

    Восстановительные свойства кремния. 

    • галогены (Cl, Br, J) при нагревании, со фтором при комнатной температуре:
    Реакция 3

    Si   2F2  → SiF4 тетрафторид кремния; 

    Реакция 4
    Реакция 5
    Реакция 6
    Реакция 7

    3Si   4HNO3   18HF → 3H2[SiF6]   4NO   8H2O.

    Электронное строение кремния

    Электронная конфигурация  кремния восновном состоянии:

    14Si 1s22s22p63s23p2    Валентность кремния – возможности, число валентных электронов

    Электронная конфигурация  кремния ввозбужденном состоянии:

    14Si* 1s22s22p63s13p3    Валентность кремния – возможности, число валентных электронов

    Атом кремния содержит на внешнем энергетическом уровне 2 неспаренных электрона и 1 неподеленную электронную пару в основном энергетическом состоянии и 4 неспаренных электрона в возбужденном энергетическом состоянии.

    Степени окисления атома кремния — от -4 до 4. Характерные степени окисления -4, 0, 2, 4.

    Оцените статью
    Кислород
    Добавить комментарий