Ознакомление с общей характеристикой и описанием оксидов кремния. Исследование строения, физических и химических свойств каждого оксида. Определение их местонахождения в природе и основных способов получения в промышленной и лабораторной практике.
Аннотация к работе
Высокое сродство кремния к кислороду объясняет существование обширнейшего круга силикатных минералов и синтетических кислородных соединений кремния, которые играют важную роль в минералогии, промышленности и лабораторной практике. Что бы выяснить причину этой зависимости, необходимо детально ознакомится с особенностями строения и свойствами оксидов кремния. Темой настоящего исследования явилось изучение оксидов кремния. Цель работы состояла в изучении свойств, строения и применения оксида кремния (II) и оксида кремния (IV), выявить методы получения диоксида кремния в коллоидном состоянии и в виде высокопористого материала, сравнить методики синтеза и на практике ознакомиться с физическими и химическими свойствами двуокиси кремния.Кремний образует главным образом два оксида: монооксид SIO и диоксид SIO2, имеющий различные модификации и формы нахождения в природе.Кристаллический диоксид кремния находится в природе главным образом в виде минерала кварца. Прозрачные, бесцветные кристаллы кварца, имеющие форму шестигранных призм с шестигранными пирамидами на концах, называются горным хрусталем. Но чаще кварц встречается в виде сплошных полупрозрачны масс, бесцветных или окрашенных в разные цвета. Кварц входит также в состав многих сложных горных пород, например гранита и гнейса. Наиболее широко распространенная кристаллическая модификация кремнезема - кварц - представляет собой главную составную часть обычного песка.SIO, SIO2 имеют каркасную структуру, что обусловлено большим значением энергии связи Si-O (Е = 443 КДЖ/моль), а так же упрочнением связи Si - O - Si за счет дополнительного ?-связывания. Они построены из тетраэдров SIO4, соединенных с соседними тетраэдрами всеми четырьмя атомами кислорода в трехмерные решетки (именно такое соединение тетраэдров SIO4 дает общий состав SIO2: каждый атом кислорода одновременно принадлежит двум тетраэдрам, т.е. плюс атом кремния внутри тетраэдра).Монооксид кремния - это тугоплавкий темно-коричневый порошок, обладает хорошими диэлектрическими характеристиками и механической прочностью. Кремния диоксид - диэлектрик, r 1012 Ом.м (20°С), 9.10-1 Ом.м (1600°C). Монокристаллы ?-кварца обладают хиральной структурой, что обусловливает их оптические активность и пьезоэлектрические свойства. SIO2 относится к группе стеклообразующих оксидов, то есть, склонен к образованию переохлажденного расплава - стекла.Пары монооксида SIO образуются при нагревании кремнезема с кремнием при 1300?С и конденсируется в черно-коричневый порошок, на воздухе медленно окисляющийся до SIO2. Твердый SIO обладает химической стойкостью (является несолеобразующим оксидом), он практически не растворяется в кислотах, кроме HF, однако легко растворим в щелочах: SIO 6HF(р) = H2[SIF6] H2O H2 При высокотемпературном (t > 1000°С) восстановлении SIO2 простыми веществами (металлами, углеродом, водородом) образуется кремний: SIO2 2Mg = Si 2MGO Оксид кремния (IV) проявляет кислотные свойства при взаимодействии с растворами и расплавами щелочей, с основными оксидами и карбонатами: SIO2 K2CO3 = K2SIO3 CO2 Ход этой реакции в значительной степени определяется образованием очень прочных связей Si-F (связь Si-0 = 108 ккал/моль; связь Si-F = 135 ккал/моль); поэтому аналогичная реакция с хлористым водородом (связь Si-С1 = 91 ккал/моль) не протекает с такой легкостью, хотя и можно получить 25%-ный выход цикло-С6H11SIH2Cl, если пользоваться нагретым хлористым водородом в присутствии Р2О5 (для удаления воды и смещения равновесия вправо).Монооксид кремния получают обычно при нагревании SIO2 или силикатов с такими восстановителями, как водород, кремний или уголь, до температуры свыше ~1100°С в вакууме; при этом лучший выход достигается при использования кремния в качестве восстановителя. На более горячих частях прибора осаждается бурая смесь из кремния и SIO2, которые являются продуктами диспропорционирования. Тесную смесь тонкоизмельченного кремния (>98,5% кремния) с прокаленным и тонкоизмельченным кварцем наивысшей чистоты (целесообразно спрессовать в таблетки) помещают в закрытую с одной стороны трубку из пифагоровой массы или спеченного корунда (ближе к закрытому концу). В той части трубки, которая во время нагревания имела более низкую температуру, находится SIO в виде черной хрупкой массы, а в переходной зоне трубки, имевшей в процессе нагревания температуру 400 - 700°С, - объемистая бурая смесь SIO2 и кремния. Особенно важно, чтобы нагревающаяся до 400-700°С переходная зона трубки, где образовавшийся SIO снова распадается на кремний и SIO2, была как можно короче.Из спеченного при высокой томпературе кварца (при этом перешедшего в кварцевое стекло) изготовляют химическую посуду, исключительно устойчивую к резким изменениям температуры (вследствие очень малого коэффициента расширения кварцевого стекла) и выдерживающую нагревание до очень высоких температур. Большую часть производимого наноразмерного SIO2 составляют нанопорошки аморфного диоксида кремния (НАДК). Ученые из Института выращивания кристаллов (ФР
План
Оглавление
Введение
1. Общая характеристика и описание оксидов кремния