Si в таблице менделеева: Таблица менделеева – Электронный учебник K-tree

КРЕМНИЙ (лат. Silicium) – Полуметаллы – Элементы – Каталог статей

Общие сведения Химический элемент таблицы Менделеева, неметалл. Символ элемента: Si Атомный номер: 14. Положение в таблице: 3-й период, группа – IVA (14) Относительная атомная масса: 28.0855 Степени окисления (выделена наиболее характерная): -4,+2,+4. Валентность (жирным выделена наиболее характерная): II, IV . Электроотрицательность: 1.74 Электронная конфигурация: [Ne]3s23p 2 В свободном виде — коричневый порошок или светло-серый компактный материал с металлическим блеском. Природный кремний состоит из смеси трех стабильных нуклидов с массовыми числами 28 (преобладает в смеси, его в ней 92,27% по массе), 29 (4,68%) и 30 (3,05%).  Строение атома Число электронов: 12. Число протонов: 12. Радиус нейтрального атома кремния 0,133 нм. Энергии последовательной ионизации атома кремния 8,1517, 16,342, 33,46 и 45,13 эВ, сродство к электрону 1,22 эВ. Радиус иона Si4+ при координационном числе 4 (наиболее распространенном в случае кремния) 0,040 нм, при координационном числе 6 — 0,054 нм. Хотя кремний принято относить к неметаллам, он по ряду свойств занимает промежуточное положение между металлами и неметаллами.  История открытия Соединения кремния были известны человеку с незапамятных времен. Но с простым веществом кремнием человек познакомился всего около 200 лет тому назад. Фактически первыми исследователями, получившими кремний, были французы Ж. Л. Гей-Люссак и Л. Ж. Тенар. Они в 1811 обнаружили, что нагревание фторида кремния с металлическим калием приводит к образованию буро-коричневого вещества: SiF4+ 4K = Si + 4KF, однако сами исследователи правильного вывода о получении нового простого вещества не сделали. Честь открытия нового элемента принадлежит шведскому химику Й. Берцелиусу, который для получения кремния нагревал также с металлическим калием соединение состава K2SiF6. Он получил тот же аморфный порошок, что и французские химики, и в 1824 объявил о новом элементарном веществе, которое назвал «силиций». Кристаллический кремний был получен только в 1854 году французским химиком А. Э. Сент-Клер Девилем. Нахождение в природе По распространенности в земной коре кремний среди всех элементов занимает второе место (после кислорода). На долю кремния приходится 27,7% массы земной коры. Кремний входит в состав нескольких сотен различных природных силикатов и алюмосиликатов. Широко распространен и кремнезем, или кремния диоксид SiO2 (речной песок, кварц, кремень и др.), составляющий около 12% земной коры (по массе). В свободном виде кремний в природе не встречается.  Получение В промышленности кремний получают, восстанавливая расплав SiO2 коксом при температуре около 1800°C в дуговых печах. Чистота полученного таким образом кремния составляет около 99,9%. Так как для практического использования нужен кремний более высокой чистоты, полученный кремний хлорируют. Образуются соединения состава SiCl4 и SiCl3H. Эти хлориды далее очищают различными способами от примесей и на заключительном этапе восстанавливают чистым водородом. Возможна также очистка кремния за счет предварительного получения силицида магния Mg2Si. Далее из силицида магния с помощью соляной или уксусной кислот получают летучий моносилан SiH4. Моносилан очищают далее ректификацией, сорбционными и др. методами, а затем разлагают на кремний и водород при температуре около 1000°C. Содержание примесей в получаемом этими методами кремнии снижается до 10-8-10-6% по массе.  Физические и химические свойства Кристаллическая решетка кремния кубическая гранецентрированная типа алмаза, параметр а = 0,54307 нм (при высоких давлениях получены и другие полиморфные модификации кремния), но из-за большей длины связи между атомами Si—Si по сравнению с длиной связи С—С твердость кремния значительно меньше, чем алмаза. Плотность кремния 2,33 кг/дм3. Температура плавления 1410°C, температура кипения 2355°C. Кремний хрупок, только при нагревании выше 800°C он становится пластичным веществом. Интересно, что кремний прозрачен к инфракрасному (ИК)-излучению. Элементарный кремний — типичный полупроводник. Ширина запрещенной зоны при комнатной температуре 1,09 эВ. Концентрация носителей тока в кремнии с собственной проводимостью при комнатной температуре 1,5·1016 м-3. На электрофизические свойства кристаллического кремния большое влияние оказывают содержащиеся в нем микропримеси. Для получения монокристаллов кремния с дырочной проводимостью в кремний вводят добавки элементов III-й группы — бора, алюминия, галлия и индия, с электронной проводимостью — добавки элементов V-й группы — фосфора, мышьяка или сурьмы. Электрические свойства кремния можно варьировать, изменяя условия обработки монокристаллов, в частности, обрабатывая поверхность кремния различными химическими агентами. Химически кремний малоактивен. При комнатной температуре реагирует только с газообразным фтором, при этом образуется летучий тетрафторид кремния SiF4. При нагревании до температуры 400-500°C кремний реагирует с кислородом с образованием диоксида SiO2, с хлором, бромом и иодом — с образованием соответствующих легко летучих тетрагалогенидов SiHal4. С водородом кремний непосредственно не реагирует, соединения кремния с водородом — силаны с общей формулой SinH2n+2 — получают косвенным путем. Моносилан SiH 4 (его часто называют просто силаном) выделяется при взаимодействии силицидов металлов с растворами кислот, например: Ca2Si + 4HCl = 2CaCl2 + SiH4 Образующийся в этой реакции силан SiH4 содержит примесь и других силанов, в частности, дисилана Si2H6 и трисилана Si3H8, в которых имеется цепочка из атомов кремния, связанных между собой одинарными связями (—Si—Si—Si—). С азотом кремний при температуре около 1000°C образует нитрид Si3N4, с бором — термически и химически стойкие бориды SiB3, SiB6 и SiB12. Соединение кремния и его ближайшего аналога по таблице Менделеева — углерода — карбид кремния SiС (карборунд ) характеризуется высокой твердостью и низкой химической активностью. Карборунд широко используется как абразивный материал. При нагревании кремния с металлами возникают силициды. Силициды можно подразделить на две группы: ионно-ковалентные (силициды щелочных, щелочноземельных металлов и магния типа Ca2Si, Mg2Si и др.) и металлоподобные (силициды переходных металлов). Силициды активных металлов разлагаются под действием кислот, силициды переходных металлов химически стойки и под действием кислот не разлагаются. Металлоподобные силициды имеют высокие температуры плавления (до 2000°C). Наиболее часто образуются металлоподобные силициды составов MSi, M 3Si2, M2Si3, M5Si3 и MSi2. Металлоподобные силициды химически инертны, устойчивы к действию кислорода даже при высоких температурах . Диоксид кремния SiO2— кислотный оксид, не реагирующий с водой. Существует в виде нескольких полиморфных модификаций (кварц, тридимит, кристобалит, cтеклообразный SiO2). Из этих модификаций наибольшее практическое значение имеет кварц. Кварц обладает свойствами пьезоэлектрика, он прозрачен для ультрафиолетового (УФ) излучения. Характеризуется очень низким коэффициентом теплового расширения, поэтому изготовленная из кварца посуда не растрескивается при перепадах температуры до 1000 градусов. Кварц химически стоек к действию кислот, но реагирует с плавиковой кислотой: SiO2 + 6HF =H2[SiF6] + 2H2O и газообразным фтороводородом HF: SiO2 + 4HF =SiF4 + 2H2O Эти две реакции широко используют для травления стекла. При сплавлении SiO2 с щелочами и основными оксидами, а также с карбонатами активных металлов образуются силикаты — соли не имеющих постоянного состава очень слабых нерастворимых в воде кремниевых кислотобщей формулы xH 2O·ySiO2 (довольно часто в литературе не очень точно пишут не о кремниевых кислотах, а о кремниевой кислоте, хотя фактически речь при этом идет об одном и том же). Например, может быть получен ортосиликат натрия: SiO2 + 4NaOH = (2Na2O)·SiO2 +2H2O, метасиликат кальция: SiO2 + СаО = СаО·SiO2 или смешанный силикат кальция и натрия: Na2CO3 + CaCO3 + 6SiO2 = Na2O·CaO·6SiO2 + 2CO2 Из силиката Na2O·CaO·6SiO2 изготовляют оконное стекло. Следует отметить, что большинство силикатов не имеет постоянного состава. Из всех силикатов растворимы в воде только силикаты натрия и калия. Растворы этих силикатов в воде называют растворимым стеклом. Из-за гидролиза эти растворы характеризуются сильно щелочной средой. Для гидролизованных силикатов характерно образование не истинных, а коллоидных растворов. При подкислении растворов силикатов натрия или калия выпадает студенистый белый осадок гидратированных кремниевых кислот. Главным структурным элементом как твердого диоксида кремния, так и всех силикатов выступает группа [SiO4/2], в которой атом кремния Si окружен тетраэдром из четырех атомов кислорода О. При этом каждый атом кислорода соединен с двумя атомами кремния. Фрагменты [SiO4/2] могут быть связаны между собой по-разному. Среди силикатов по характеру связи в них фрагментов [SiO4/2] выделяют островные, цепочечные, ленточные, слоистые, каркасные и другие. При восстановлении SiO2 кремнием при высоких температурах образуется монооксид кремния состава SiO. Для кремния характерно образование кремнийорганических соединений, в которых атомы кремния соединены в длинные цепочки за счет мостиковых атомов кислорода —О—, а к каждому атому кремния, кроме двух атомов О, присоединены еще два органических радикала R1 и R2 = CH3, C2H5, C6H5, CH2CH2CF3 и др.  Применение Кремний используют как полупроводниковый материал. Кварц находит применение как пьезоэлектрик, как материал для изготовления жаропрочной химической (кварцевой) посуды, ламп УФ-излучения. Силикаты находят широкое применение как строительные материалы. Оконные стекла представляют собой аморфные силикаты. Кремнийорганические материалы характеризуются высокой износостойкостью и широко используются на практике в качестве силиконовых масел, клеев, каучуков, лаков.  Биологическая роль Для некоторых организмов кремний является важным биогенным элементом. Он входит в состав опорных образований у растений и скелетных — у животных. В больших количествах кремний концентрируют морские организмы — диатомовые водоросли, радиолярии, губки. Мышечная ткань человека содержит (1-2)·10-2% кремния, костная ткань — 17·10-4%, кровь — 3,9 мг/л. С пищей в организм человека ежедневно поступает до 1 г кремния. Соединения кремния не ядовиты. Но очень опасно вдыхание высокодисперсных частиц как силикатов, так и диоксида кремния, образующихся, например, при взрывных работах, при долблении пород в шахтах, при работе пескоструйных аппаратов и т. д. Микрочастицы SiO2, попавшие в легкие, в них кристаллизуются, а возникающие кристаллики разрушают легочную ткань и вызывают тяжелую болезнь — силикоз. Чтобы не допустить попадания в легкие этой опасной пыли, следует использовать для защиты органов дыхания респиратор.

Кремний. Соединения кремния. Химия, 8–9 класс: уроки, тесты, задания.

1.	Применение кремния и его соединений Сложность: лёгкое	1
2.	Свойства и строение кремния Сложность: лёгкое	1
3.	Формулы соединений кремния Сложность: лёгкое	1
4.	Кремний: химический элемент или простое вещество Сложность: лёгкое	1
5.	Свойства оксида кремния Сложность: среднее	1
6.	Свойства кремниевой кислоты Сложность: среднее	1
7.	Реакции оксида кремния(IV) Сложность: среднее	2
8.	Превращения соединений кремния Сложность: среднее	3
9.	Соответствие: соединения кремния — свойства Сложность: сложное	4

Кремний и его соединения

Кремний и его соединения

Автор: edu2

Методическая копилка – Химия

Разработка урока по химии в 9 классе

УМК О. С.Габриелян «Химия 9 кл.»

 

Тема «Кремний и его соединения»

Тип урока: лекция (включает элементы беседы и лабораторный опыт)

Цели урока: – дать общую характеристику кремния;

                     – рассмотреть природные соединения кремния;

                     – провести сравнительный анализ с соединениями углерода;

                     – изучить особенности строения, свойства, способы получения и области применения         кремния и его соединений: SiH₄, SiO₂, H₂SiO₃.

Задачи урока:

Образовательные:

1. Сформировать представления учащихся о кремнии как о химическом элементе
2. Продолжить формирование умений давать характеристику химическому элементу по положению его в периодической системе, составлять схему строения атома.
3. Ознакомить учащихся с физическими и химическими свойствами кремния.
4. Ознакомить учащихся с наиболее значимыми соединениями кремния и их применением.

Развивающие:

1. Развивать умение определять закономерность между составом, строением, свойствами и применением веществ.
2. Продолжить формирование умений учащихся анализировать, сравнивать, делать выводы.

Воспитательные:

1. Воспитывать умения аккуратно вести записи в тетради.
2. Формировать у учащихся познавательной активности к изучаемому предмету путем привлечения их в творческий процесс и знакомства с краеведческим материалом.

Оборудование: авторская презентация «Кремний и его соединения», реактивы: раствор соляной кислоты, раствор силикатного клея; штатив с пробирками; образцы природных соединений кремния ( гранит, горный хрусталь, кварц и др.), образцы изделий из стекла, фаянса, фарфора, керамики.

 

Ход урока:

1. Вводная часть (слайд 1)

Подсказка. Представьте себе – встает человек утром с постели, подходит к зеркалу, а вместо него – пустая рамка, ищет очки, а от них лишь одна оправа; вдруг он ощущает порывы ветра, так как в доме нет ни одного окна; от ужаса человек хочет выпить глоток воды, но не может найти ни одной чашки, стакана – вообще нет никакой в доме посуды – все бесследно исчезло! И это только начало ужаса.

Далее треск, грохот – рушатся потолок, стены, они летят и рассыпаются, превращаясь в пыль и песок. Параллельно с этим выделяется огромное количество кислорода, который меняет состав воздуха, то есть земной атмосферы!

А самое страшное, что в последствии почти целиком исчезает земная кора, испаряются океаны и не существует больше жизнь на Земле.

Что это за элемент и почему его исчезновение могло вызвать такие катастрофические изменения? Подсказка. Что объединяет объекты на слайде между собой?

Учащиеся (предполагаемый ответ): Все объекты на слайде состоят из веществ, в состав которых входит кремний и элемент, о котором идет речь в рассказе, – кремний.

– Сегодня мы познакомимся с ещё одним неметаллом, значимость которого очень велика, т.к. по распространенности на Земле он второй после кислорода, – это кремний.

2.Кремний – химический элемент

1) Строение и свойства атома кремния (слайд 2-8)

Латинское название «силициум» берёт своё начало от латинского «силекс» – камень. С греческого языка «кремнос» – утёс, скала.

1 ученик у доски: характеристика положения кремния в таблице химических элементов

Д.И. Менделеева, возможные степени окисления, построение электронной формулы атома кремния.

2 ученик делает обобщение:

-У кремния электроны расположены на трёх энергетических уровнях, а у углерода – на двух, следовательно, окислительные (неметаллические) свойства у кремния выражены слабее, а восстановительные (металлические) – сильнее.

2) Нахождение в природе (слайды 9-14)

(материал о биологическом значении кремния в организме человека готовиться учащимися за ранее)

– Земная кора на одну четверть состоит из соединений кремния. Наиболее распространённым является оксид кремния (IV) – кремнезём. В природе он образует минерал кварц и многие другие разновидности: горный хрусталь, аметист, агат, опал, яшма, халцедон, сердолик (полудрагоценные камни), а также обычный кварцевый песок.

Именно кремень положил начало каменному веку. Причин этому две: доступность и распространённость, а также способность образовывать на сколе острые режущие края.

Второй тип природных соединений кремния – силикаты. Самые распространённые алюмосиликаты: гранит, различные виды глин, слюды. Не содержащий алюминия силикат – асбест (из него изготавливают огнестойкие ткани)

Кремний придаёт гладкость и прочность костям человека, входит в состав низших живых организмов – диатомовых водорослей и радиолярий (образует их скелеты) .

3.Кремний – простое вещество(15-32)

1)Аллотропные модификации кремния

2)Строение кристаллического кремния

3)Физические свойства

– Вы обратили внимание, что когда мы говорим о содержании в природных условиях элемента кремния, то упоминаем только его соединения, но не простое вещество.

Кремний в свободном виде в природе не встречается в отличие от углерода (алмаз,

графит, аморфный С и т.д.)

Кремний – неметалл, существует в кристаллическом и аморфном виде.

Кристаллический кремний – серовато-стального цвета с металлическим блеском, твёрдый (7 баллов по шкале Мооса), но хрупкий, малореакционноспособный; полупроводник, (с повышением температуры электропроводность повышается), и с нарушением правильности структуры.

Такие свойства обусловлены строением кристаллов, аналогичным структуре алмаза.

Физические константы: g = 2,33 г/см³; tпл.= 1415 ⁰С; t кип.= 3500 ⁰С

Аморфный кремний представляет собой порошок.

       4) Открытие кремния

– Уже в глубокой древности люди широко использовали в своём быту соединения кремния. Вспомните древних людей. Из чего были изготовлены их орудия труда? Но сам кремний впервые был получен в 1824 г. Шведским химиком И. Я. Берцелиусом. Однако, за 12 лет до него кремний получили Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар, но он был очень загрязнён примесями.

     5) Получение кремния

– Способы получения кремния основаны в основном на восстановлении оксида кремния (IV) сильными восстановителями – активными металлами (Mg, Al) и углеродом.

 

Лабораторный способ:    SiO₂ + 2Mg = 2MgO + Si                                                                                                                      

Промышленный способ: SiO₂ + 2C →t2CO + Si

     6) Химические свойства

а) кремний – восстановитель

Все реакции протекают при нагревании!

1. Si + O₂ = SiO₂ (оксид кремния (IV))

             Si⁰ – 4e^–         Si⁺⁴   восстановитель

             O₂ + 4e^–         2O^-2     окислитель

1. Si + 2Г₂ = SiГ₄ (галогенид кремния)
2. Si + 2NaOH(конц. ) + H₂O = Na₂SiO₃ + 2H₂ ↑

б) кремний – окислитель

Si + 2Ca = Ca₂Si (силицид кальция)

Вывод: свойства кремния и углерода похожи. Оба неметалла взаимодействуют с кислородом, галогенами, металлами. Но в отличие от углерода кремний напрямую не соединяется с водородом.

 

4.Соединения кремния (33-44)

1) Силан SiH₄

-Силан получают косвенно, действуя на силициды металлов водой или кислотами:

Mg₂Si + 4H₂O = 2Mg(OH)₂   + SiH₄

Силан – бесцветный газ, самовоспламеняющийся на воздухе и сгорающий с образованием оксида кремния и воды:

SiH₄ + 2O₂ = SiO2 + 2H₂O

2) Свойства кремнезёма  

Рассматриваются свойства оксида кремния (IV) и проводится сравнительный анализ двух оксидов – SiO₂ и CO₂. Результаты обсуждения в виде таблицы выводятся на экран.

Обратите внимание на одно важное свойство оксида кремния:

SiO₂ + 4HF = 2H₂O + SiF₄

Оксид кремния входит в состав стекла, поэтому плавиковую кислоту нельзя хранить в стеклянной посуде.

Оксид кремния (IV) необходим и растениям, и животным. Он придаёт прочность стеблям растений и покровам животных ( камыши твёрдо стоят, осока режет, как лезвие, чешуя рыб, панцири насекомых, крылья бабочек, перья птиц, шерсть животных содержат оксид кремния (IV).

Вывод: физические свойства оксидов резко отличаются, т.к. они образуют разные кристаллические решётки – молекулярную (CO₂) и атомную (SiO₂), но химические свойства схожи. Отличие состоит в различном отношении к воде.

3) Кремниевая кислота и её соли

-кремниевая кислота H₂SiO₃ –единственная нерастворимая неорганическая кислота,                                                           – двухосновная,  

                                      – слабая   H₂SiO_{3 →t}H₂O +SiO₂

При высыхании образует силикагель, используемый в качестве адсорбента.

Получить кремниевую кислоту можно только из её солей.

Проведение лабораторного опыта и составление уравнения реакции получения кремниевой кислоты (самостоятельно, на доске)

 

 

Na₂SiO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂SiO₃

    

SiO₃^2- + 2Н⁺ = H₂SiO₃  

Соли кремниевой кислоты называют силикатами

Их можно получить сплавлением оксида кремния с оксидами металлов или карбонатами:

SiO₂ + CaO = CaSiO3

SiO₂ + CaCO₃ = CaSiO₃ + CO₂      

5.Применение соединений кремния в народном хозяйстве (слайды 45-47)

 

6. Заключительные выводы (слайд 48-49)

7. Самоконтроль (слайд 50)

8. Д/з (слайд 51)

Приложение 1.

Инструктивная карта по теме «Кремний и его соединения»

обучающегося _________ класса__________________________________________

                                                                         (фамилия и имя)

Углерод и его соединения

Кремний и его соединения

1.Химический   1) Положение в ПСХЭ:2 период, IVA группа 2) Строение атома                          +6 С )     )         1s22s22p2                                  2e 4e 3) Свойства атома Является элементом неметаллом Высшая СО = + 4 Низшая СО = – 4 4) Нахождение в природе Углерод – элемент жизни 2. Простые 1) Физические свойства Алмаз – твердый, очень прочный, прозрачный, не обладает электропроводностью и теплопроводностью. Графит – темно-серого цвета, имеет металлический блеск, мягкий, проводит тепло и электрический ток. 2) Строение Имеют атомную кристаллическую решетку. 3) Получение SiO2 +3C = Si + C + 2CO (получение графита)   4) Химические свойства 1. восстановительные: C0 + O20= C+4O2-2 (оксид углерода(IV)) C0 +2Г20= C+4Г4-1   (галогенид углерода(IV)) 2. окислительные: 2C0 + Ca0 =Ca+2C2-1(карбид кальция) С + 2Н2 = СН4 (метан) 3. Окси Оксид углерода (IV) СО2 – кислотный оксид Строение Молекулярная кристаллическая решетка Физические свойства Газ, при обычных условиях легко сжижается и затвердевает, в воде растворяется, тяжелее воздуха. Химические свойства 1)Взаимодействие с водой     СО2 + Н2О ↔ Н2СО3 2)Взаимодействие с основными оксидами     СаО + СО2 =  СаСО3↓ 3)Взаимодействие со щелочами   2КОН + СО2   =   К2СО3 + НО 4) Взаимодействие с магнием    2Mg + CO2 = 2MgO + C 5)Взаимодействие с углеродом    CO2 + C = 2CO 4. Кис Угольная кислота Н2СО3 Двухосновная, кислородсодержащая, слабая, летучая   Получение Может быть вытеснена из состава соли более сильными кислотами СаСО3 + 2 НCl  =     СaСl2 + Н2СО3       СО2↑                                                                   Н2О Химические свойства 1)При нагревании разлагается: Н2СО3 ↔ СО2↑+ Н2О 2)Взаимодействие со щелочами:   2NaOH+H2CO3=Na2CO3 + 2H2O

элемент   1) Положение в ПСХЭ: 2)Строение атома +… Si 3) Свойства атома Является элементом…………………. . Высшая СО = …… Низшая СО = …… 4) Нахождение в природе: вещества 1) Физические свойства Кристаллический кремний ….                Аморфный кремний……………   2) Строение Имеет ……………… кристаллическую решетку. 3) Получение 1)в промышленности: 2)в лаборатории:   4) Химические свойства 1. восстановительные: 2. окислительные:     ды Оксид кремния (IV) …. – …………………… Строение ……………… кристаллическая решетка Физические свойства Химические свойства 1) Взаимодействие с водой 2) Взаимодействие с основными оксидами 3) Взаимодействие со щелочами 4) Взаимодействие с магнием 5) Взаимодействие с углеродом 6) взаимодействие с плавиковой кислотой лоты   Кремниевая кислота……… …………………………………………………   Получение       Химические свойства 1)При нагревании разлагается: 2) Взаимодействие со щелочами:

Самоконтроль

1. Какое место занимает кремний в периодической системе:

а) 2 период, 4Б гр.                   б) 3 период, 3А гр.                                 в) 3 период, 4А гр.

2. Кристаллическая решетка кремния и его соединений :

а) ионная;                                 б) атомная;                                              в) молекулярная

3. По распространенности в природе кремний …. элемент:

а) первый;                               б) второй;                                                 в) третий

4. Кремний вступает в реакцию с:

а) металлами, водородом, галогенами;

б) металлами, галогенами, легко растворяется в щелочах;

в) оксидами, кислотами, неметаллами

5. Соли кремниевой кислоты:

а) силициды;                           б) гидрокарбонаты;                               в) силикаты        

Информация о кремниевом элементе

Si: факты, свойства, тенденции, использование и сравнение – Периодическая таблица элементов

Кремниевая история

Элемент кремний был открыт Йонсом Якобом Берцелиусом в 1824 г. в Швеции . Кремний получил свое название от латинского silex , «кремень» (первоначально кремний).

Присутствие кремния: изобилие в природе и вокруг нас

В таблице ниже показано содержание кремния во Вселенной, на Солнце, в метеоритах, Земная кора, океаны и тело человека.

Кристаллическая структура кремния

Твердотельная структура кремния представляет собой тетраэдрическую упаковку .

Кристаллическую структуру можно описать с точки зрения ее элементарной ячейки. Единичные клетки повторяются в три объемное пространство для формирования конструкции.

Параметры ячейки

Элементарная ячейка представлена ​​в терминах ее параметров решетки, которые являются длинами ячейки края Константы решетки ( a , b и c )

и	б	в
543. 09	543,09	543,09 вечера

и углы между ними Углы решетки (альфа, бета и гамма).

альфа	бета	гамма
π/2	№/2	№/2

Положения атомов внутри элементарной ячейки описываются набором положений атомов ( x _i , y _i , z _i ), измеренные от опорной точки решетки.

Свойства симметрии кристалла описываются понятием пространственных групп. Все возможное симметричное расположение частиц в трехмерном пространстве описывается 230 пространственными группами (219 различных типов или 230, если хиральные копии считаются различными.

Атомные и орбитальные свойства кремния

Атомы кремния имеют 14 электронов и структура электронной оболочки [2, 8, 4] с атомным символом (квантовыми числами) ³ P ₀ .

Оболочечная структура кремния — количество электронов на единицу энергии уровень

нет		с	р	д	ф
1	К	2
2	л	2	6
3	М	2	2

Электронная конфигурация кремния в основном состоянии – нейтральная Атом кремния

Электронная конфигурация основного состояния нейтрального атома кремния [нэ] 3с2 3п2. Часть кремниевой конфигурации, эквивалентная благородному газу предшествующий период обозначается аббревиатурой [Ne]. Для атомов с большим количеством электронов это нотация может стать длинной, поэтому используется сокращенная нотация. Это важно, поскольку это валентные электроны 3s2 3p2, электроны в внешняя оболочка, определяющая химические свойства элемента.

Полная электронная конфигурация нейтрального кремния

Полная электронная конфигурация в основном состоянии для атома кремния, Полная электронная конфигурация

1с2 2с2 2п6 3с2 3п2

Атомная структура кремния

Атомный радиус кремния составляет 111 пм, а его ковалентный радиус равен 111 пм.

Атомный спектр кремния

Химические свойства кремния

: Энергии ионизации кремния и сродство к электрону

Электронное сродство кремния составляет 133,6 кДж/моль.

Энергия ионизации кремния

Энергии ионизации кремния

см. в таблице ниже.

Номер энергии ионизации	Энтальпия – кДж/моль
1	786.5
2	1577.1
3	3231.6
4	4355,5
5	16091
6	19805
7	23780
8	29287
9	33878
10	38726

Физические свойства кремния

Физические свойства кремния см. в таблице ниже

Плотность	2.33 г/см3
Молярный объем	12.0538626609 см3

Упругие свойства

Твердость кремния. Испытания для измерения твердости элемента

Электрические свойства кремния

Кремний является полупроводником электричества. Ссылаться на Таблица ниже для электрических свойств кремния

Свойства теплопроводности и теплопроводности кремния

Магнитные свойства кремния

Оптические свойства кремния

Акустические свойства кремния

Тепловые свойства кремния – энтальпии и термодинамика

См. таблицу ниже для тепловых свойств кремния

.

Энтальпии кремния

Изотопы кремния – ядерные свойства кремния

Изотопы родия.Встречающийся в природе кремний имеет 3 стабильный изотоп – 28Si, 29Si, 30Si.

Изотоп	Масса изотопов	% Изобилие	Т половина	Режим затухания
22Si
23Si
24Si
25Si
26Si
27Si
28Si		92. 2297%	Стабильный	Н/Д
29Si		4.6832%	Стабильный	Н/Д
30Si		3. 0872%	Стабильный	Н/Д
31Si
32Si
33Si
34Si
35Si
36Si
37Si
38Si
39Si
40Si
41Si
42Si
43Si
44Si

Нормативно-правовое регулирование и здоровье – Параметры и рекомендации по охране здоровья и безопасности

Поиск по базе данных

Список уникальных идентификаторов для поиска элемента в различных базах данных химических реестров

Изучите нашу интерактивную периодическую таблицу

Сравнение элементов периодической таблицы

2.

2: Периодическая таблица — Химия LibreTexts Цели обучения

• Объясните, как элементы организованы в периодическую таблицу.
• Найдите элементы по их атомному номеру.
• Определите период и группу, в которой находятся элементы.
• Классифицировать элементы как металлы, неметаллы или металлоиды.

В 19 ^-м -м веке были открыты многие ранее неизвестные элементы, и ученые стали замечать, что некоторые наборы элементов обладают схожими химическими свойствами.Например, литий (Li), натрий (Na) и калий (K) образуют аналогичные соединения при реакции с идентичным вторичным элементом, таким как кислород. В 1869 году русский химик Дмитрий Менделеев систематизировал все известные ныне элементы по сходству их свойств. Он оставил пробелы в своей таблице для того, что считал неоткрытыми элементами, и сделал несколько смелых предсказаний относительно свойств этих элементов. Когда было обнаружено больше элементов, их свойства полностью соответствовали предсказаниям Менделеева, а его метод расположения элементов получил признание в научном сообществе. Из-за регулярного повторения некоторых свойств элементов в таблице Менделеева его организационная система стала известна как периодическая , или “повторяющаяся” таблица . Современная версия этого невероятно важного химического инструмента показана ниже на рисунке \(\PageIndex{1}\). Периодическая таблица обобщает значительный объем информации , которую можно использовать для поиска и классификации элементов, как будет описано в следующих параграфах.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Современная периодическая таблица.

Элементарные имена и символы

Каждая ячейка периодической таблицы представляет собой один элемент. Элементарный символ всегда включается в каждую рамку, чтобы указать, какой элемент находится в этой позиции. Однако названия элементов появляются только в некоторых периодических таблицах. Как показано на рисунке \(\PageIndex{1}\), длина некоторых имен элементов требует, чтобы они были напечатаны очень мелким шрифтом, что может затруднить их чтение. Некоторые периодические таблицы просто не включают названия элементов, поскольку их удаление оставляет больше места для отображения другой информации.

Атомный номер

Элементы перечислены в порядке возрастания атомного номера , который представляет собой количество протонов, содержащихся в атоме этого элемента. (Протон является примером субатомной частицы и будет обсуждаться более подробно в следующем разделе.) Атомный номер всегда пишется над символом элемента в каждом прямоугольнике. Поскольку атомный номер увеличивается на единицу от ящика к ящику, нет двух элементов с одинаковым атомным номером. Таким образом, атомный номер — это уникальное значение, которое можно использовать для идентификации определенного элемента.Например, углерод (C) и только углерод имеет атомный номер 6.  Элементом с атомным номером 98 всегда будет калифорний (Cf).

Пример \(\PageIndex{1}\)

Используйте рисунок \(\PageIndex{1}\) для определения атомного номера каждого из следующих элементов.

1. Кремний
2. CD
3. Бром

Решения

Атомный номер элемента находится над символом элемента в прямоугольнике периодической таблицы.Следовательно, определение атомного номера элемента просто требует времени, чтобы найти поле, содержащее данное имя элемента или символ.

1. Кремний (Si) имеет атомный номер 14 .
2. Cd (кадмий) имеет атомный номер 48 .
3. Бром (Br) имеет атомный номер 35 .

Периоды

период  – это горизонтальная (слева направо) строка периодической таблицы. Каждому периоду присваивается числовое значение, начиная с «1», которое присваивается верхней строке.Номер периода увеличивается на единицу для каждой дополнительной строки, максимум до 7. Важно отметить, что последние две «строки» элементов в периодической таблице — это , а не периоды 8 и 9! Скорее, эти элементы должны быть помещены в периоды 6 и 7 соответственно, исходя из их атомных номеров. Как указано выше, атомный номер увеличивается на единицу от ячейки к ячейке в периодической таблице. Однако атомные номера в периоде 6, кажется, подскочили с 56 до 72. Отсутствующие элементы, которым присвоены атомные номера в диапазоне от 57 до 71, перемещены ниже периодической таблицы в результате их наблюдаемых свойств.Помните, что Менделеев организовал элементы в соответствии со сходством их свойств. Если бы элементы с 57 по 71 были вставлены в период 6, остальные элементы в этой строке больше не соответствовали бы элементам, с которыми они наиболее сопоставимы. Аналогичное обоснование применяется к элементам, которые соответствуют атомным номерам с 89 по 103, которые должны быть помещены в период 7.

Пример \(\PageIndex{2}\)

Используйте рисунок \(\PageIndex{1}\), чтобы определить номер периода для каждого из следующих элементов.

1. Кремний
2. CD
3. Бром

Решения

Периоды или строки в периодической таблице нумеруются сверху вниз. Для определения периода, в котором находится элемент, просто нужно потратить время, чтобы найти поле, содержащее данное имя элемента или символ, а затем считать от верхней части таблицы Менделеева.

1. Кремний (Si) расположен в периоде 3 (третья строка сверху таблицы Менделеева).
2. Cd (кадмий) находится в периоде 5 .
3. Бром (Br) находится в периоде 4 .

Группы

Группа — это вертикальный (сверху вниз) столбец периодической таблицы. Каждой группе присваивается числовое значение, начинающееся с «1», которое присваивается самому левому столбцу периодической таблицы. Номер группы увеличивается на единицу для каждого дополнительного столбца, максимум до 18. Этот метод нумерации групп в периодической таблице известен как “Система 1-18″.”  Хотя это соглашение о нумерации широко используется из-за его простоты, оно не дает никакой полезной информации об элементах, находящихся в каждом столбце.   Существуют две альтернативные схемы маркировки: “система A/B” и “система описательных имен”. немного сложнее в применении, чем “Система 1-18”, но каждая из них дает дополнительную информацию об электронном характере и свойствах, соответственно, элементов, найденных в определенной группе. “Система A/B” помечает каждый столбец как число (1-10) и букву (A или B).«Описательная система именования» включает слово или короткую фразу, которая ссылается на фундаментальное свойство, общее для элементов, найденных в этом столбце. В следующих разделах каждый столбец будет обозначаться с использованием всех трех правил маркировки.

Основная группа (или репрезентативные) элементы

Элементы, находящиеся в группах 1, 2 и 13–18 , известны как  основная группа  (или , представляющая ) элементов , поскольку они являются одними из наиболее распространенных элементов, встречающихся на Земле.Эти элементы также имеют предсказуемые модели и тенденции реагирования, которые можно применять для создания простых правил, определяющих, как они взаимодействуют с другими элементами. Каждый из этих столбцов включает букву «А» при использовании «системы А/В». Таким образом, элементы основной группы известны как “A-Block . ”

.

• Крайний левый столбец периодической таблицы – это группа 1 (в “системе 1-18”) или группа 1A (в “системе A/B”). Эти элементы, обведенные красным на рисунке \(\PageIndex{1}\), известны как щелочных металлов в «системе описательных наименований», поскольку эти элементы реагируют с водой с образованием гидроксид-ионов, создавая основные, или щелочные растворы.
• Группа 2 обозначена как Группа 2А. Эти элементы, выделенные оранжевым цветом на рисунке \(\PageIndex{1}\), известны как щелочноземельных металлов , поскольку эти элементы также реагируют с водой с образованием основных или щелочных растворов. Поскольку полученные химические вещества плохо растворялись в воде, эти металлы были классифицированы как “земли”, которые представляют собой нерастворимые твердые вещества, чтобы отличить их от щелочных металлов.
• Группа 13 обозначена как Группа 3А и упоминается как группа бора , потому что бор является самым верхним элементом, расположенным в этой колонке.
• Группа 14 обозначена как Группа 4А и упоминается как углеродная группа , потому что углерод является самым верхним элементом, расположенным в этой колонке.
• Группа 15 обозначена как Группа 5А, а элементы, содержащиеся в этой колонке, обозначаются как пниктогены , что является термином, происходящим от греческого слова «пнигеин», что означает «задыхаться», как длительное воздействие чистого газообразный азот заставит человека задохнуться.
• Группа 16 обозначена как Группа 6А, а элементы, содержащиеся в этом столбце , обозначаются как халькогенов , что происходит от греческого слова “халькос”, что означает “рудообразующие”, поскольку все эти элементы обычно встречается в медных рудах.
• Группа 17 обозначена как Группа 7А. Каждый из элементов в этой колонке, которые на рисунке \(\PageIndex{1}\) обведены сиреневым цветом, легко реагирует с металлами с образованием соединений, которые можно в широком смысле классифицировать как соли, и поэтому они известны как галогены . , происходящее от комбинации греческих слов, которые переводятся как «производители соли».
• Крайний правый столбец периодической таблицы, группа 18, помечен как группа 8А. Элементы, обведенные фиолетовым цветом на рисунке \(\PageIndex{1}\), известны как благородные газы , потому что они не вступают в реакцию с другими элементами и их сравнивали с членами королевской семьи и дворянами, которые не часто добровольно взаимодействовать с «простолюдинами».”  В результате своей неактивности эти элементы существуют в виде отдельных атомов и называются одноатомными “соединениями”.

Элементы из переходного металла

Элементы из групп 3–12 известны как переходных металлов  (или просто  переходных металлов ) из-за их положения в периодической таблице. Чтобы перейти из группы 2A в группу 3A, человек должен был пройти (или переход ) через столбцы с 3 по 12.Эти элементы, которые на рисунке \(\PageIndex{1}\) обведены желтым цветом, также охватывают широкий спектр свойств, которые соединяют (или переход ) элементы, расположенные слева и справа от них в периодической таблице. К сожалению, эти элементы не имеют предсказуемых моделей и тенденций реактивности. В результате определить, как эти элементы взаимодействуют с другими элементами, относительно сложно. Каждый из этих столбцов включает букву «B», когда используется «система A/B». Поэтому переходные металлы известны как “B-блок “. ”

Пример \(\PageIndex{3}\)

Используйте рисунок \(\PageIndex{1}\), чтобы определить группу для каждого из следующих элементов, используя систему, указанную данным именем элемента или символом.

1. Кремний (с использованием «Системы А/В»)
2. CD (используя «Систему 1-18»)
3. Бром (с использованием “системы описательных наименований”)

Решения

Группы или столбцы помечаются различными способами. При определении столбца «1–18», в котором находится элемент, просто требуется время, чтобы найти поле, содержащее данное название элемента или символ, а затем считать с левой стороны периодической таблицы, используя «A/B». и системы «Описательного именования» требуют понимания дополнительных шаблонов или тенденций свойств.

1. Кремний (Si) расположен в 14 ^-м -м столбце периодической таблицы. Однако “Система A/B” используется для маркировки  элементов основной группы . Группа 14 — это 4 ^-й -й столбец в основной группе или “A-блоке” столбцов периодической таблицы, поэтому она обозначена как , группа 4A .
2. Cd (кадмий) расположен в 12 ^-й -й колонке периодической таблицы. В «Системе 1–18» этот столбец помечен как Group 12 .
3. Бром (Br) расположен в 17 ^м столбце периодической таблицы. В «Системе описательных именований» этот столбец известен как галогены .

Упражнение \(\PageIndex{1}\)

Используйте рисунок \(\PageIndex{1}\) для определения имени и символа элемента, соответствующего следующему периоду и информации о группе.

1. Период 6, Группа 4
2. Период 7, Группа 3А
3. Благородный газ, обнаруженный в периоде 4

Ответить на

Периоды или строки в периодической таблице нумеруются сверху вниз, а группы или столбцы помечаются различными способами.В этом примере номер группы предоставляется с использованием «системы 1-18», поэтому правильный ящик можно найти, просто считая от верхней части таблицы Менделеева (чтобы найти соответствующий период), а затем поперек (чтобы найти соответствующий период). правильная группа). Элемент, расположенный в рамке в 6 ^-м -м ряду сверху таблицы Менделеева и в 4 ^-м -м столбце слева периодической таблицы, представляет собой гафний , Hf .

Ответ б

В этом примере номер группы предоставляется с использованием «системы A/B», поэтому правильный ящик можно найти, считая в обратном порядке от верхней части таблицы Менделеева (чтобы найти соответствующий период), а затем по столбцам, соответствующим элементы основной группы (чтобы найти нужную группу). Элемент, расположенный в рамке в строке 7 ^th сверху таблицы Менделеева и в столбце 3 ^rd   основной группы (который является столбцом 13 ^th слева в таблице Менделеева), представляет собой нихоний , Nh .

Ответ c

В этом примере группа указана с использованием «системы описательного наименования», поэтому правильное поле можно найти, только зная, что благородные газы — это элементы, находящиеся в группе 18 (или группе 8A).Элемент, расположенный в рамке в 4 ^-м -м ряду сверху таблицы Менделеева и в 18 ^-м -м столбце слева периодической таблицы, представляет собой криптон , Kr .

Классификация металлов

Некоторые свойства элементов охватывают периодическую таблицу в целом. Одной из таких характеристик является металлическая классификация элемента. Металл — это блестящее вещество, обычно серебристого цвета, проводящее электричество и тепло. Металлы податливы, что означает, что их можно растолочь в тонкие листы, и пластичны, что означает, что из них можно вытянуть тонкую проволоку. Неметалл обычно матовый, а не блестящий, и классифицируется как изолятор, который представляет собой вещество, плохо проводящее электричество и тепло. Твердые неметаллы очень хрупкие, а это означает, что они не согнутся под нагрузкой, а скорее отслоятся или сломаются. Металлоиды  имеют свойства между свойствами металлов и неметаллов.Например, большинство металлоидов являются полупроводниками, что означает, что они проводят тепло и электричество лучше, чем неметаллы, но не так хорошо, как металлы.

На рисунке \(\PageIndex{1}\) металлоиды выделены небесно-голубым цветом. В частности, бор (B), кремний (Si), германий (Ge), мышьяк (As), сурьма (Sb), теллур (Te) и полоний (Po) классифицируются как металлоиды. Все элементы слева от металлоидов, за исключением водорода, классифицируются как металлы. Обратите внимание, что водород обведен синим цветом, что больше соответствует цветовой схеме, показанной в правой части периодической таблицы. Все элементы, обнаруженные справа от металлоидов , классифицируются как неметаллы, как и водород. Водород уникален тем, что он разделяет некоторые качества с элементами в правой части периодической таблицы, но его электронные свойства соответствуют свойствам группы 1А. В конечном итоге место водорода в периодической таблице было основано на его электронных, а не физических характеристиках.

Пример \(\PageIndex{4}\)

Используйте рисунок \(\PageIndex{1}\), чтобы классифицировать каждый из следующих элементов как металл, неметалл или металлоид.

1. Кремний
2. CD
3. Бром

Растворы

Металлическая классификация элемента основана на его положении в периодической таблице. В частности, металлоиды находятся в правой части периодической таблицы и эффективно отделяют металлы, находящиеся слева от них, от неметаллов, которые находятся справа от них.

1. Кремний (Si) является одним из семи элементов, классифицируемых как металлоид .
2. Cd (кадмий) расположен слева от металлоидов, что означает, что он классифицируется как металл .
3. Бром (Br) расположен справа от металлоидов, поэтому он классифицируется как неметалл .

Упражнение \(\PageIndex{2}\)

Используйте рисунок \(\PageIndex{1}\), чтобы определить имя и символ  элемента, соответствующего каждому из следующих описаний.

1. Имеет атомный номер 79
2. Встречается в периоде 4, группе 8
3. Является неметаллом группы 1А
.
4. Металлоид периода 2
5. Щелочноземельный металл, найденный во 2 периоде

Ответить на

Атомный номер элемента находится над символом элемента в прямоугольнике периодической таблицы. Золото, Au , элемент с атомным номером 79.

Ответ б

Периоды или строки в периодической таблице нумеруются сверху вниз. В этом примере номер группы предоставляется с использованием «системы 1-18», поэтому правильный ящик можно найти, просто считая от верхней части таблицы Менделеева (чтобы найти соответствующий период), а затем поперек (чтобы найти соответствующий период). правильная группа). Элемент, расположенный в рамке в 4 ^-м -м ряду сверху таблицы Менделеева и в 8 ^-м -м столбце слева периодической таблицы, представляет собой железо , Fe .

Ответ c

В этом примере номер группы предоставляется с использованием «системы A/B», поэтому правильный столбец можно найти, пересчитав элементы основной группы . Группа 1A — это первый столбец основной группы , что означает, что это также первый или самый левый столбец периодической таблицы. Все элементы в этой колонке являются металлами, за исключением водорода, H , который является единственным неметаллом, обнаруженным слева от металлоидов.

Ответ д

Семь элементов: бор (B), кремний (Si), германий (Ge), мышьяк (As), сурьма (Sb), теллур (Te) и полоний (Po) классифицируются как металлоиды. Только один из этих элементов, бор, B , находится во втором периоде сверху периодической таблицы.

Ответ e

В этом примере группа указана с использованием «системы описательных названий», поэтому правильное поле можно найти, только зная, что щелочноземельные металлы — это те элементы, которые находятся в группе 2 (или группе 2A).Элемент, расположенный в рамке во 2 ^-й -й строке сверху таблицы Менделеева и во 2 ^-й -й колонке слева периодической таблицы, – это бериллий , Be .

Элемент, Свойства, Факты, Использование, Полупроводник

Что такое кремний?

Кремний — важный металлоид или химический элемент семейства углерода или группы 14 (IVA) периодической таблицы с атомным номером 14 и символом Si.Он используется в качестве основного строительного материала нашей цивилизации в виде камней, песка и глины. Кремний является вторым по распространенности элементом после кислорода в земной коре.

Свойства кремния

Образует гранецентрированную кубическую кристаллическую решетку алмазного типа. Из-за большего размера и более слабой энергии связи точка соединения элемента ниже, чем у углерода. Тенденции свойств элементов группы 14 можно в значительной степени понять по электронной конфигурации валентной оболочки.Некоторые важные атомные и физические свойства кремния приведены ниже в таблице

.

Свойства кремния
Атомный номер	14
Атомный вес	28.085
Электронная конфигурация	[Ne] 3s 2 3p 2
Блок	р-блок
Группа	группа-14
Период	период-3
Температура плавления	1414 °С, ​2577 °F
Температура кипения	3265 °С, ​5909 °F
Молярная теплоемкость	19. 789 Дж моль -1 К -1
Кристаллическая структура	гранецентрированный алмаз-куб
Плотность	2,3290 г/см 3
Степень окисления или состояния	+4 и +2
Электроотрицательность	Шкала Полинга: 1,90
Энергия ионизации (кДж/моль)	1-й	2-й	3-й
	786.5	1577.1	3231.6

Кремний в периодической таблице

За химическим составом и положением кремния в периодической таблице следует его электронная конфигурация. Внешняя электронная конфигурация элемента: s ² p ² . У него четыре электрона на внешней квантовой оболочке. Следовательно, кремний является типичным металлоидом группы 14 (IVA) периодической таблицы.

Где добывают кремний?

Кремний — второй по распространенности элемент после кислорода, обнаруженного 27.6 процентов в земной коре, но в свободном виде в природе не встречается. Он имеет высокое сродство к кислороду, образуя стабильную единицу SiO ₄ , которая соединяется с другой, образуя различные силикаты. Кремнезем и силикаты широко распространены в песке, глинах и различных силикатных минералах.

Производственный процесс

Производится восстановлением SiO ₂ (песок) высокочистым коксом в электродуговой печи (SiO ₂ + 2C → Si + 2CO). Образование SiC было предотвращено использованием избытка SiO ₂ .Продукт имеет чистоту от 96 до 97 процентов. Его очищали путем превращения SiCl ₄ . Соединение SiCl ₄ очищали перегонкой и восстанавливали магнием и цинком с получением чистого кремния. Сверхчистый кремний используется в электронной промышленности в качестве полупроводника и получается зонным рафинированием.

Интересные факты

Он кристаллизуется как алмаз с расстоянием связи Si-Si в кристаллическом твердом теле, равным 235 пм. При очень высоком давлении может образоваться более плотная искаженная форма, но расстояние связи Si-Si остается практически неизменным.Сумма четырех энергий ионизации очень велика. Следовательно, достижение конфигурации благородного газа за счет потери четырех электронов невыгодно. В большинстве случаев это достигается образованием четырехковалентной связи с гибридизацией sp ³ . Множественная химическая связь также образуется за счет использования его вакантной 3d-орбитали и заполненной p-орбитали атомом кислорода, азота или галогенов.

Соединения кремния

Соединения кремния имеют стереохимию, отличную от их углеродных аналогов. Например, (SiH ₃ ) ₃ N является плоским, но (CH ₃ ) ₃ N является тетраэдрическим.Химическое поведение и соединения элементов группы 14 преобладали при степенях окисления + 4 и + 2.

Гидрид кремния

Все элементы 14-й группы образовывали ковалентные летучие гидриды, но тенденция к образованию снижается вниз по группе. Из-за сильной склонности углерода к катенации образовалось огромное количество кольцевых и цепных соединений или углеводородов, таких как алканы или парафины (C _n H _2n+2 ), алкены или олефины (C _n H _2n ), ацетилен (C _n H _2n-2 ) и ароматические соединения.Кремний образовал несколько насыщенных гидридов или силанов с общей химической формулой Si _n H _2n+2 . Кислотный гидролиз силицида магния (Mg ₂ Si) дает смесь SiH ₄ , Si ₂ H ₆ , Si ₃ H ₈ и Si 10 7 5 7 H ₄ . Гидриды разделяют и очищают фракционной перегонкой.

Что такое диоксид кремния?

Кремнезем или SiO ₂ — наиболее распространенный диоксид кремния.Это оксид желтого цвета из-за присутствия оксидов железа (II), таких как гранит и песчаник. Многие оксиды, используемые в драгоценных камнях, в основном представляют собой гидратированный SiO ₂ . Розовый кварц (розовый), морион (темно-коричневый), аметист (фиолетовый), цитрин (желтый) являются примерами таких типов драгоценных камней. Силикагель также встречается в различных видах овощей и животных организмов, таких как солома злаков, бамбуковый тростник и губки.

Силикагель имеет различные типы макромолекулярных структур, построенных из тетраэдрических звеньев SiO ₄ , соединенных общими атомами кислорода.Двумя основными формами кремнезема являются кварц и кристобалит.

Тетрагалогениды кремния

Тетрагалогениды кремния могут быть получены прямым взаимодействием элемента с молекулой галогена. SiF ₄ удобно получать путем нагревания смеси CaF ₂ и диоксида кремния в присутствии концентрированной серной кислоты. В отличие от галогенидов углерода тетрагалогениды кремния быстро гидролизуются водой и щелочными металлами. Галогениды, такие как SiF ₄ , частично гидролизуются водой из-за вторичной реакции между HF и SiF ₄ с образованием гексафторсиликата (SiF ₆ ^-2 ).

Использование кремния

Большинство соединений кремния используются в промышленности без очистки. Более 90 процентов земной коры содержат силикатные минералы, представляющие собой соединения кремния и кислорода. Многие из этих соединений, такие как глины, кварцевый песок и большинство видов камня, могут использоваться в коммерческих целях в строительных материалах нашей цивилизации. Силикаты кальция используются в производстве портландцемента для строительных растворов и современной штукатурки. Ферросилиций широко используется для изготовления коррозионностойкой стали.

Кремниевый полупроводник

Небольшие количества сверхчистого кремния используются в электронной промышленности для изготовления полупроводников. Он сформировал полупроводник n-типа при легировании элементами 15-й группы, такими как фосфор и мышьяк, как показано на рисунке ниже.

Когда кремний легирован элементами группы 13, такими как бор или алюминий, он образует полупроводник n-типа.

Эти полупроводники контролировали проводимость электричества в электронных устройствах.Эти типы полупроводников используются практически во всех электронных устройствах, таких как транзисторы, диоды, фотодатчики, микроконтроллеры, интегральные микросхемы.

Мэтуэй | Популярные проблемы

1	Найдите количество нейтронов	Х
2	Найдите массу 1 моля	Н_2О
3	Весы	H_2(SO_4)+K(OH)→K_2(SO_4)+H(OH)
4	Найдите массу 1 моля	Х
5	Найдите количество нейтронов	Фе
6	Найдите количество нейтронов	ТК
7	Найдите электронную конфигурацию	Х
8	Найдите число нейтронов	Са
9	Весы	CH_4+O_2→H_2O+CO_2
10	Найдите число нейтронов	С
11	Найдите число протонов	Х
12	Найдите число нейтронов	О
13	Найдите массу 1 моля	СО_2
14	Весы	C_8H_18+O_2→CO_2+H_2O
15	Найдите атомную массу	Х
16	Определите, растворимо ли соединение в воде	Н_2О
17	Найдите электронную конфигурацию	На
18	Найдите массу отдельного атома	Х
19	Найдите количество нейтронов	№
20	Найдите количество нейтронов	Золото
21	Найдите число нейтронов	Мн
22	Найдите количество нейтронов	Ру
23	Найдите электронную конфигурацию	О
24	Найдите массовые проценты	Н_2О
25	Определите, растворимо ли соединение в воде	NaCl
26	Найдите эмпирическую/самую простую формулу	Н_2О
27	Найдите числа окисления	Н_2О
28	Найдите электронную конфигурацию	К
29	Найдите электронную конфигурацию	мг
30	Найдите электронную конфигурацию	Са
31	Найдите количество нейтронов	Рх
32	Найдите количество нейтронов	На
33	Найдите количество нейтронов	Пт
34	Найдите количество нейтронов	Быть	Быть
35	Найдите число нейтронов	Кр
36	Найдите массу 1 моля	Н_2SO_4
37	Найдите массу 1 моля	HCl
38	Найдите массу 1 моля	Фе
39	Найдите массу 1 моля	С
40	Найдите количество нейтронов	Медь
41	Найдите число нейтронов	С
42	Найдите числа окисления	Х
43	Весы	CH_4+O_2→CO_2+H_2O
44	Найдите атомную массу	О
45	Найдите атомный номер	Х
46	Найдите количество нейтронов	Пн
47	Найдите количество нейтронов	ОС
48	Найдите массу 1 моля	NaOH
49	Найдите массу 1 моля	О
50	Найдите электронную конфигурацию	Фе
51	Найдите электронную конфигурацию	С
52	Найдите массовые проценты	NaCl
53	Найдите массу 1 моля	К
54	Найдите массу отдельного атома	На
55	Найдите количество нейтронов	Н
56	Найдите количество нейтронов	Ли
57	Найдите количество нейтронов	В
58	Найдите число протонов	Н
59	Упростить	Н^2О
60	Упростить	ч*2р
61	Определите, растворимо ли соединение в воде	Х
62	Определение плотности на STP	Н_2О
63	Найдите числа окисления	NaCl
64	Найдите атомную массу	Он	Он
65	Найдите атомную массу	мг
66	Найдите число электронов	Х
67	Найдите число электронов	О
68	Найдите число электронов	С
69	Найдите количество нейтронов	Пд
70	Найдите число нейтронов	рт. ст.
71	Найдите число нейтронов	Б
72	Найдите массу отдельного атома	Ли
73	Найдите эмпирическую формулу	Н=12%, С=54%, N=20	, ,
74	Найдите число протонов	Быть	Быть
75	Найдите массу 1 моля	На
76	Найдите электронную конфигурацию	Со
77	Найдите электронную конфигурацию	С
78	Весы	C_2H_6+O_2→CO_2+H_2O
79	Весы	Н_2+О_2→Н_2О
80	Найдите электронную конфигурацию	Р
81	Найдите электронную конфигурацию	Пб
82	Найдите электронную конфигурацию	Ал
83	Найдите электронную конфигурацию	Ар
84	Найдите массу 1 моля	О_2
85	Найдите массу 1 моля	Н_2
86	Найдите количество нейтронов	К
87	Найдите количество нейтронов	Р
88	Найдите количество нейтронов	мг
89	Найдите количество нейтронов	Вт
90	Найдите массу отдельного атома	С
91	Упростить	н/д+кл
92	Определите, растворимо ли соединение в воде	Н_2SO_4
93	Определение плотности на STP	NaCl
94	Найдите числа окисления	C_6H_12O_6
95	Найдите числа окисления	На
96	Определите, растворимо ли соединение в воде	C_6H_12O_6
97	Найдите атомную массу	Кл
98	Найдите атомную массу	Фе
99	Найдите эмпирическую/самую простую формулу	СО_2
100	Найдите число нейтронов	Мт

Это Элементаль – Элемент Кремний

Что в названии? От латинского слова, обозначающего кремень, silex .

Что сказать? Кремний произносится как SIL-ee-ken .

Кремний был открыт шведским химиком Йонсом Якобом Берцелиусом в 1824 году путем нагревания калиевой крошки в контейнере с кремнеземом и последующего тщательного смывания остаточных побочных продуктов. Кремний является седьмым по распространенности элементом во Вселенной и вторым по распространенности элементом в земной коре. Сегодня кремний получают путем нагревания песка (SiO ₂ ) с углеродом до температур, приближающихся к 2200°C.

При комнатной температуре существуют две аллотропные формы кремния: аморфная и кристаллическая. Аморфный кремний выглядит как коричневый порошок, тогда как кристаллический кремний имеет металлический блеск и сероватый цвет. Монокристаллы кристаллического кремния можно выращивать с помощью процесса, известного как процесс Чохральского. Эти кристаллы при легировании такими элементами, как бор, галлий, германий, фосфор или мышьяк, используются в производстве твердотельных электронных устройств, таких как транзисторы, солнечные элементы, выпрямители и микрочипы.

Диоксид кремния (SiO ₂ ), наиболее распространенное соединение кремния, является наиболее распространенным соединением в земной коре. Обычно он принимает форму обычного песка, но также существует в виде кварца, горного хрусталя, аметиста, агата, кремня, яшмы и опала. Диоксид кремния широко используется в производстве стекла и кирпича. Силикагель, коллоидная форма диоксида кремния, легко впитывает влагу и используется в качестве осушителя.

Кремний образует другие полезные соединения. Карбид кремния (SiC) почти такой же твердый, как алмаз, и используется в качестве абразива.Силикат натрия (Na ₂ SiO ₃ ), также известный как жидкое стекло, используется в производстве мыла, клеев и в качестве консерванта для яиц. Тетрахлорид кремния (SiCl ₄ ) используется для создания дымовых завес. Кремний также является важным компонентом силикона, класса материалов, которые используются для таких вещей, как смазочные материалы, полирующие средства, электрические изоляторы и медицинские имплантаты.

Кремний – Энергетическое образование

Кремний ( Si ) — 14-й элемент периодической таблицы. ^[2] Кремний является седьмым по распространенности элементом во Вселенной, и он очень распространен на Земле. В земной коре кремний является вторым по распространенности элементом. Наиболее распространенным соединением кремния является диоксид кремния, или SiO ₂ . ^[3] Это соединение является наиболее распространенным соединением в земной коре и принимает форму обычного песка, кварца, горного хрусталя, аметиста, агата, кремня, яшмы и опала. Чистый кремний получают путем нагревания диоксида кремния с углеродом при температурах, приближающихся к 2200°C. ^[2] Кремний может быть достаточно чистым, и даже различные изотопы могут быть достаточно чистыми. Специальные технологии позволяют производить кремний с чистотой Si-28 99,9999%. ^[4]

Кремний широко используется в электронике из-за его полупроводниковых свойств. Кроме того, кремний широко используется в энергетике в качестве основного компонента солнечных панелей и фотогальванических элементов. Кремний используется в основном в твердом виде. Его также часто комбинируют с другими элементами для получения ряда полезных продуктов.

Некоторые свойства кремния включают: ^[5]

Кремний встречается в природе в виде диоксида кремния (например, в некоторых видах песка и многих горных породах). Извлечение кремния из диоксида кремния чрезвычайно энергоемко; для переработки высококачественного кремния для компьютерных чипов или солнечных панелей требуется 1000-1500 мегаджоулей первичной энергии на килограмм. ^[7] Это прекрасный пример (наряду с алюминием) материала, который гораздо больше ограничен количеством энергии, необходимой для того, чтобы сделать вещество пригодным для использования (воплощенная энергия), чем изобилием на планете.Другими словами, никогда не будет нехватки кремния для любого использования, о котором люди только мечтают; энергия, необходимая для ее обработки, всегда будет ограничивающим фактором.

Использование

Так как кремний имеет так много различных форм, он очень полезен. В виде песка или глины кремний можно использовать для изготовления кирпича и других строительных материалов. В виде силиката кремний используется для изготовления эмалей и керамики. Силикагель, еще одна форма кремния, является основным ингредиентом стекла, а также может использоваться в механических устройствах. ^[8]

Чрезвычайно чистый кремний используется в качестве полупроводника при легировании бором, галлием, фосфором или мышьяком. Затем этот легированный материал используется в диодах, транзисторах и выпрямителях. Кроме того, этот легированный полупроводниковый материал является основным компонентом фотоэлектрических элементов, из которых состоят солнечные панели. Транзисторы, созданные из этого материала, можно использовать в микросхемах микропроцессоров компьютеров и других передовых технологиях. ^[8]

Кроме того, кремний является важным компонентом стали, а карбид кремния является чрезвычайно важным абразивом. ^[8]

Видео

Видео ниже взято из проекта периодических видеороликов Ноттингемского университета. ^[9] Они создали полный набор коротких видеороликов о каждом элементе периодической таблицы элементов.

Ссылки

1. ↑ Сделано на основе информации Королевского химического общества. Доступно: http://www.rsc.org/periodic-table/element/14/silicon.
2. ↑ ^{2.0 2.1} Лаборатория Джефферсона.(25 августа 2015 г.). Кремний [Онлайн]. Доступно: http://education.jlab.org/itselemental/ele014.html
3. ↑ [math]\ce{SiO2}[/math] в горных породах не так прост, как молекула, поэтому его называют соединением.
4. ↑ См., например, «За пределами шести девяток: сверхобогащенный кремний прокладывает путь к квантовым вычислениям» с сайта phys.org, [онлайн] http://phys.org/news/2014-08-nines-ultra-enriched-silicon. -paves-road.html, по состоянию на 3 августа 2016 г.
5. ↑ Королевское химическое общество.(25 августа 2015 г.). Кремний [Онлайн]. Доступно: http://www.rsc.org/periodic-table/element/14/silicon
6. ↑ ЮНЕП. (19 августа 2015 г.). Экологические риски и проблемы антропогенных потоков и циклов металлов [Онлайн]. Доступно: https://d396qusza40orc.cloudfront.net/metals/3_Environmental_Challenges_Metals-Full%20Report_36dpi_130923.pdf#96
7. ↑ ЮНЕП. (31 августа 2015 г.). Экологические риски и проблемы антропогенных потоков и циклов металлов [Онлайн].Доступно: https://d396qusza40orc.cloudfront.net/metals/3_Environmental_Challenges_Metals-Full%20Report_36dpi_130923.pdf#96
8. ↑ ^{8,0 8,1 8,2} Лос-Аламосская национальная лаборатория. (25 августа 2015 г.). Кремний [Онлайн]. Доступно: http://periodic.lanl.gov/14.shtml
9. ↑ См. больше видео Ноттингемского университета по различным элементам здесь: http://www. periodicvideos.com/

Сколько валентных электронов имеет кремний(Si)?

14-й ^-й -й элемент периодической таблицы — кремний.Кремний является полупроводниковым материалом, и его символ — «Si». Кремний участвует в образовании связей через свои валентных электронов . В этой статье подробно рассматриваются валентные электроны кремния (Si). Надеюсь, прочитав эту статью, вы узнаете об этом подробно.

Сколько электронов, протонов и нейтронов имеет кремний (Si)?

Ядро расположено в центре атома. Протоны и нейтроны находятся в ядре. Атомный номер кремния (Si) равен 14.Атомный номер – это количество протонов. То есть количество протонов в кремнии (Si) равно четырнадцати. Электроны, равные протонам, расположены в круглой оболочке вне ядра. То есть атом кремния имеет всего четырнадцать электронов.

Число нейтронов в элементе получается из разницы между числом атомных масс и числом атомов. То есть число нейтронов (n) = атомная масса (A) – атомный номер (Z)

.

Мы знаем, что атомный номер кремния равен 14, а атомное массовое число примерно равно 28(28.084). Нейтрон (n) = 28 – 14 = 14. Следовательно, количество нейтронов в кремнии (Si) равно 14.

Каковы валентные электроны кремния (Si)?

Второй элемент 14-й группы — кремний, полупроводниковый материал. Кремниевые материалы используются в различных электронных устройствах. Кремний должен быть легирован для использования в электронных устройствах. Во время легирования электрон присоединяется или удаляется от валентного электрона кремния. Валентный электрон – это общее количество электронов на последней орбите (оболочке).Общее количество электронов в последней оболочке после электронной конфигурации кремния называется валентными электронами кремния (Si). Валентные электроны определяют свойства элемента и участвуют в образовании связей. На этом сайте есть статья, подробно описывающая электронную конфигурацию кремния , вы можете прочитать ее, если хотите.

Электронная конфигурация атома кремния (Si) (модель Бора)

Как рассчитать количество валентных электронов в атоме кремния(Si)?

Валентный электрон необходимо определить, выполнив несколько шагов.Электронная конфигурация является одной из них. Невозможно определить валентный электрон без электронной конфигурации. Зная правильно электронную конфигурацию, очень легко определить валентные электроны всех элементов. На этом сайте опубликована статья с подробным описанием электронной конфигурации , вы можете прочитать ее, если хотите. Однако в этой статье кратко обсуждается электронная конфигурация кремния.

Однако валентные электроны можно легко идентифицировать, расположив электроны в соответствии с принципом Бора.Теперь мы научимся определять валентный электрон кремния (Si).

Шаг 1: Определение общего числа электронов в кремнии (Si)

Во-первых, нам нужно знать общее количество электронов в атоме кремния. Чтобы узнать количество электронов, нужно знать количество протонов в кремнии. А чтобы узнать количество протонов, нужно знать атомный номер элемента кремния.

Положение кремния (Si) в периодической таблице

Чтобы узнать атомный номер, нам нужно воспользоваться периодической таблицей.Необходимо знать атомный номер элементов кремния (Si) из таблицы Менделеева. Атомный номер – это количество протонов. А электроны, равные протонам, находятся вне ядра.

То есть, наконец, мы можем сказать, что в атоме кремния есть электроны, равные атомному номеру. Из таблицы Менделеева мы видим, что атомный номер кремния равен 14. То есть атом кремния имеет всего четырнадцать электронов.

Шаг 2: Необходимо выполнить электронную конфигурацию кремния (Si)

Шаг 2 очень важен.На этом этапе электроны кремния должны быть организованы. Мы знаем, что атомы кремния имеют всего четырнадцать электронов. Электронная конфигурация кремния показывает, что в K-оболочке два электрона, восемь в L-оболочке и четыре в М-оболочке.

Кремниевая электронная конфигурация

То есть первая оболочка кремния имеет два электрона, вторая оболочка имеет восемь электронов и 3-я оболочка имеет четыре электрона. Электронная конфигурация кремния (Si) через подорбиту: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ² .

Шаг 3: Определите валентную оболочку и подсчитайте общее количество электронов

Третий шаг – диагностика валентной оболочки. Последняя оболочка после электронной конфигурации называется валентной оболочкой. Общее число электронов в валентной оболочке называется валентным электроном. Электронная конфигурация кремния показывает, что последняя оболочка кремния имеет четыре электрона (3s ² 3p ² ). Следовательно, валентных электронов кремния (Si) четыре.

Какова валентность кремния (Si)?

Способность одного атома элемента присоединяться к другому атому при образовании молекулы называется валентностью (валентностью).Число неспаренных электронов на последней орбите элемента является валентностью этого элемента. Как известно, электронная конфигурация кремния в основном состоянии имеет вид 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ² . Валентность определяется электронной конфигурацией элемента в возбужденном состоянии.

Валентность и валентные электроны кремния(Si)

Электронная конфигурация кремния в возбужденном состоянии Si * (14) = 1S ² 2S ² 2P ⁶ 3S ¹ 3P _x ¹ 3P _y ¹ 3P _Z ¹ .Здесь эта электронная конфигурация показывает, что последняя оболочка атома кремния имеет четыре неспаренных электрона (3s ¹ 3p _x ¹ 3p _y ¹ 3p _z 8 1 1). Итак, валентность кремния равна 4,

.

Сколько валентных электронов имеет ион кремния?

После электронной конфигурации последняя оболочка (орбита) атома кремния имеет четыре электрона. При этом валентность и валентные электроны кремния равны 4.Элементы, у которых на последней орбите четыре электрона, не могут принимать или отторгать электроны, чтобы завершить свою октаву. Эти элементы должны делиться электронами с другими элементами, чтобы завершить октаву.

Поскольку у кремния на последней орбите четыре электрона, кремний завершает октаву, разделяя еще четыре электрона с другим элементом. Поскольку у кремния на последней орбите четыре электрона, кремний завершает октаву, разделяя еще четыре электрона с другим элементом.

В результате кремний заполняет свою октаву и приходит в стабильное состояние.Мы видим, что кремний приобретает электронную конфигурацию инертного газа аргона. Из приведенного выше обсуждения можно сказать, что валентных электронов у ионов кремния восемь.

Соединение кремния(Si)

Кремний(Si) участвует в образовании связей через свои валентные электроны. Этот валентный электрон участвует в образовании связей с атомами других элементов. Атомы кремния образуют связи, делясь электронами с атомами кислорода. Конфигурация электронов кислорода показывает, что валентных электронов кислорода равны шести. Два атома кислорода и один атом кремния образуют соединения диоксида кремния (SiO ₂ ), разделяя электроны.

В результате атом кремния завершает свою октаву и приобретает электронную конфигурацию аргона. С другой стороны, кислород приобретает электронную конфигурацию неона .

Следовательно, атом кремния делит электроны с двумя атомами кислорода, образуя соединение диоксида кремния (SiO ₂ ) через ковалентную связь. Диоксид кремния (SiO ₂ ) представляет собой ковалентную связь.

.