Кремний

Кремний в природе содержится во многих минералах в виде оксида SiO₂, из которого элементарный кремний можно получить восстановлением магнием или углеродом. В чистом виде кремний тверд, хрупок, имеет алмазоподобную структуру.

Химические свойства

1. При низких температурах кремний очень инертен. При высоких температурах становится очень реакционноспособным, взаимодействует с галогенами, углеродом, некоторыми металлами:

Si + 2F₂ = SiF₄;

Si + C = SiC (карборунд);

Si + 2Mg = Mg₂Si (силицид).

С цинком, алюминием, оловом, свинцом, серебром, золотом силициды не образуются.

2. Хорошо растворяется в щелочах и плавиковой кислоте:

Si + 4NaOH = Na₄SiO₄ + 2H₂

Si + 4HF = SiF₄  + 2H₂ 

SiF₄ + 2HF = H₂[SiF₆]

3. Оксид кремния не единичная молекула, а полимер, где каждый атом кремния связан с кислородом, образуя пространственный каркас в виде тетраэдра. Поэтому SiO₂ образует многочисленные поликремниевые кислоты.

SiO₂ - твердое вещество с температурой плавления 1715^оС. Идет на изготовление химической посуды, кварцевых ламп и т.п. Растворяется в плавиковой кислоте и щелочах:

SiO₂ + 4HF = SiF₄  + 2H₂O

SiO₂ + 2NaOH = Na₂SiO₃ + H₂O

Na₂SiO₃ – силикат натрия (жидкое стекло, конторский клей) в водном растворе сильно гидролизуется. Соответствующую кислоту можно получить взаимодействием соли с любой кислотой (даже угольной):

Na₂SiO₃ + CO₂ + H₂O = H₂SiO₃  + Na₂CO₃

Формулу кремневой кислоты лишь формально можно записывать в виде H₂SiO₃, более правильно - в виде xSiO₂ ∙ yH₂O.

При прокаливании кремневой кислоты образуется SiO₂ в виде аморфного соединения, которое носит название “силикагель” и используется в качестве поглотителя влаги.

4. Непосредственно с водородом кремний не взаимодействует, поэтому водородные соединения (силаны) получают из силицидов:

Mg₂Si + 4HCl = 2MgCl₂ + SiH₄  (моносилан)

Силаны могут быть различного состава - Si₂H₆, Si₃H₈, Si₆H₁₄ , ... Это сильные восстановители, химически очень активны, на воздухе самовоспламеняются:

SiH₄ + 2O₂ = SiO₂ + 2H₂O

Силаны используются для производства силиконов, которые идут на производство высокотемпературных смазок, каучуков.

Германий, олово, свинец

В природе олово и свинец обычно встречаются в виде: SnO₂ – кассетерит, PbS – свинцовый блеск. Германий собственных руд не имеет, встречается с рудами цинка, олова, свинца. Олово и свинец получают пирометаллургическим способом: олово - непосредственно восстановлением углеродом из оксида, свинец - обжигом сульфида в кислороде, с последующим восстановлением оксидом углерода (II) до металла. Германий получают более сложным способом: вначале получают четыреххлористый германий GeCl₄ , который растворяют в воде и получают оксид германия, из которого водородом восстанавливают германий:

GeCl₄ + H₂O = GeO₂ + 4HCl

GeO₂ + 2H₂ = Ge + 2H₂O

Германий и олово – белые блестящие металлы на воздухе окисляются слабо. Свинец – серого цвета за счет пленки оксида. Олово полиморфно. При температуре > +13^оС устойчива β-модификация. С понижением температуры β-олово переходит в α- модификацию. Этот переход начинается при +13^оС и очень быстро протекает при -33^оС, в результате олово превращается в порошок. Это явление носит название “оловянная чума”.