Жидкое стекло формула егэ

Спрятать решение

Спрятать критерии

Силан (моносилан, гидрид кремния)

Способы получения силана

• Разложение силицида магния соляной кислотой – наиболее распространенный способ получения силана:

Mg₂Si + 4HCl → 2MgCl₂ + SiH₄↑

• Восстановление галогенидов кремния алюмогидридом лития:

SiCl₄ + LiAlH₄ = SiH₄↑ + LiCl + AlCl₃

• Разложение триэтоксисилана при нагревании до 80ºС в присутствии натрия:

4SiH(OC₂H₅)₃ = SiH₄↑ + 3Si(OC₂H₅)₄

Химические свойства силана

Силаны (кремневодороды) имеют общую формулу Si_nH_2n+2, где n = 1-8. Цепи -Si-Si- неустойчивы.

Моносилан SiH₄ – бесцветный ядовитый газ с неприятным запахом.

• Окисляется кислородом даже при невысоких температурах. На воздухе он самовоспламеняется (часто со взрывом) с образованием SiO₂ и H₂O:

SiH₄+ 2O₂ → SiO₂ + 2H₂O

Видео Горение силана

• Силан с легкостью гидролизуется водой и особенно легко щелочами:

SiH₄ + 2H₂O → SiO₂+ 4H₂

SiH₄ + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + 4H₂

• При
  нагревании разлагается:

SiH₄ → Si + 2H₂

Диоксид кремния (кремнезем)

Нахождение в природе кремнезема

Диоксид
кремния имеет атомную
кристаллическую решетку. Существует в виде кристаллической (горный хрусталь,
аметист, агат, яшма), аморфной (опал) и стеклообразной (кварцевое стекло) форм

Химические свойства кремнезема

Диоксид кремния — кислотный оксид. Проявляет слабые окислительные свойства

• Практически не растворяется в воде и органических растворителях.

• Взаимодействует с растворами и расплавами щелочей, образуя силикаты:

SiO₂ + 2KOH → K₂SiO₃ + H₂O

• Реагирует с основными оксидами:

SiO₂ + CaO → CaSiO₃

• Вытесняет углекислый газ при сплавлении с карбонатами щелочных металлов:

SiO₂ + K₂CO₃ → K₂SiO₃ + CO₂

• Из всех кислот вступает в реакцию только с плавиковой кислотой, с образованием кремнийфтористоводородной кислоты:

SiO₂ + 6HF_(р-р) → H₂[SiF₆] + 2H₂O

• С газообразным фтороводородом взаимодействует при 250-400ºС с образованием тетрафторсилана:

SiO₂ + 4HF_(г) = SiF₄ + 2H₂O

SiO₂ + 2F₂ = SiF₄ + O₂

• Взаимодействует с активными металлами при температуре выше 1000 °С с образованием кремния:

SiO₂ + 2Mg → Si + 2MgO

При избытке
восстановителя образуются силициды:

SiO₂ + 4Mg → Mg₂Si + 2MgO

• Взаимодействует с неметаллами – с водородом в жестких условиях, с углеродом:

SiO₂ + 2Н₂ → Si + 2Н₂O

SiO₂ + 3С → SiС + 2СО

• При
  сплавлении реагирует с фосфатом кальция и углем:

3SiO₂ + Ca₃(PO₄)₂ + 5C → 3CaSiO₃ + 5CO + 2P

Кремниевые кислоты и силикаты

Кремниевые кислоты – nSiO₂ · mH₂O

Кремниевые кислоты — соединения общей формулы nSiO₂ · mH₂O. Это очень слабые, малорастворимые в воде соединения, легко образующие коллоидные растворы.

Существуют ортокремниевая кислота – H₄SiO₄

Метакремниевая (кремниевая) кислота – H₂SiO₃

Ди – и поликремниевые
кислоты

Способы получения кремниевых кислот

• Действие сильных кислот на растворы силикатов щелочных металлов:

Na₂SiO₃ + 2HCl → H₂SiO₃ + 2NaCl

• Гидролиз хлорсиланов:

SiCl₄ + 4H₂O = H₄SiO₄ + 4HCl

Химические свойства кремниевых кислот

• кремниевая
  кислота реагирует только с сильными основаниями и их оксидами:

H₂SiO₃ + 4KOH → K₂SiO₃ + 4H₂O

• При нагревании кремниевая кислота дегидратируется с образованием оксида и воды:

H₂SiO₃ → SiO₂ + H₂O

Силикаты – соли кремниевой кислоты

Большинство силикатов
нерастворимо в воде. Растворимыми являются силикаты натрия и калия,
растворы которых
называют
«жидким стеклом».

Способы получения силикатов

• Взаимодействие кремния, кремниевой кислоты или диоксида кремния с щелочью:

H₂SiO₃ + 2KOH → K₂SiO₃ + 2H₂O

Si + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + H₂

SiO₂ + 2KOH → K₂SiO₃ + H₂O

• Реакция с основными оксидами:

СаО + SiO₂ → CaSiO₃

• Взаимодействие растворимых силикатов с солями:

K₂SiO₃ + CaCl₂ → CaSiO₃ + 2KCl

Химические свойства силикатов

• Силикаты в водных растворах сильно гидролизованы (среда щелочная):

K₂SiO₃ + H₂O ↔ KНSiO₃ + KOH

SiO₃^2-+ H₂O ↔ НSiO₃^— + OH^—

• Взаимодействие с растворимыми солями:

Na₂SiO₃+ MgCl₂ =MgSiO₃↓ + 2NaCl

• При пропускании СО₂ через растворы силикатов происходит выпадение гелеобразного осадка кремневой кислоты:

Na₂SiO₃ + CO₂ + H₂O = H₂SiO₃↓ + Na₂CO₃

Стекло

Смесь силикатов натрия и кальция (Na2O·CaO·6SiO2) – это обычное оконное стекло. Получают его при сплавлении смеси соды Na2CO3, известняка CaCO3 и белого песка SiO2 в специальных печах: 6SiO2 + Na2CO3 + CaCO3 → Na2O·CaO·6SiO2 + 2CO2↑   Для получения специального стекла вводят различные добавки: Pb2+ – хрусталь; Cr3+ – придает зеленую стеклу окраску, Fe3+ – коричневое бутылочное стекло, Co2+ – окрашивает стекло в синий цвет, Mn2+ – стекло имеет красновато-лиловый окрас

Цемент

Цемент — искусственное порошкообразное неорганическое гидравлическое вяжущее вещество. При взаимодействии с водой, водными растворами солей и другими жидкостями образует пластичную массу, которая затем твердеет и превращается в камневидное тело. Видов цементов много, но все они содержат в своем составе: диоксид кремния SiO2 (кварц или кремнекислота), оксид алюминия Al2O3 (глинозём), оксид железа Fe2O3 Например, наиболее распространенный портланд – цемент имеет следующий состав: SiO2 – 20-23% Al2O3 – 4-7% Fe2O3 – 2-5% СаО – 62-76% MgO – 1-5%

СТЕКЛО ЖИДКОЕ

СТЕКЛО ЖИДКОЕ, водный
р-р силикатов щелочных металлов общей ф-лы R₂O·mSiO₂,
где R = Na, К или Li, m-т. наз. кремнеземистый модуль (1,5-3,5 для натриевого
стекла жидкого и до 4,0-4,5 для калиевого). Т-ра замерзания от —2 до — 11°С в зависимости
от значения т и концентрации р-ра; рН > 8. Обладает клейкостью и аномально
высокой вязкостью, обусловленной ассоциацией присутствующих в его р-ре кремнекислородных
анионов. В закрытых сосудах устойчиво, на воздухе разлагается с выделением аморфного
SiO₂ тем быстрее, чем выше т; разложению способствует
наличие в воздухе СО₂ (карбонизация). С к-тами взаимод. с выделением
SiO₂ в виде студнеобразной массы или аморфного осадка; с р-римыми
солями металлов и основаниями реагирует, образуя нерастворимые силикаты или
разлагаясь на соли щелочных металлов и SiO₂.

Стекло жидкое получают растворением
кремнеземсодержащего сырья (трепела, опоки, диатомита, маршалита и др.) в р-рах
едких щелочей в автоклавах при 100°С и давлении 2,0-2,5 МПа, а также р-римого
стекла в виде силикат-глыбы или силикат-гранулята (см. Стекло растворимое)в горячей воде при давлении водяного пара 0,3-0,8 МПа. Нерастворившиеся
примеси отделяют декантацией или фильтрацией. Для облегчения фильтрации стекло жидкое
разбавляют до плотн. ок. 1,25 г/см³, а после фильтрации упаривают
до плотн. 1,4-1,5 г/см³.

Стекло жидкое-компонент кислото-
и огнеупорных цементов и бетонов, уплотняющих обмазок, силикатных красок
и холодных глазурей, мыла, синтетич. моющих ср-в; применяют в произ-ве тепло-
и звукоизоляц. материалов, для изготовления литейных форм, получения силикагеля,
синтетич. цеолитов, катализаторов и минер. сорбентов, укрепления грунтов, склеивания
бумаги и картона, деревянных и силикатных изделий, стекла, при флотац. обогащении
руд.

Лит.: Григорьев
П.Н., Матвеев М.А., Растворимое стекло, М., 1956; Матвеев М. А., Рабухин
А. И., «Ж. Всес. Хим. об-ва им. Д. И. Менделеева», 1963, т. 8, №
2, с. 205-11. А. И. Рабухин.

Жи́дкое стекло́ — водный щелочной раствор силикатов натрия Na₂O(SiO₂)_n и (или) калия K₂O(SiO₂)_n^[1]. Реже в качестве жидкого стекла используют литиевые силикаты, например, в электродном покрытии.

Получение

Впервые жидкое стекло получил в 1818 немецкий химик и минералог Ян Непомук фон Фукс.

В настоящее время изготовляется путем обработки в автоклаве кремнезёмсодержащего сырья концентрированными растворами гидроксида натрия или сплавлением кварцевого песка с содой. Известны также способы получения жидкого стекла, основанные на прямом растворении кремнистого сырья (Опоки, трепелы, диатомиты и др.) в растворах щелочей при атмосферном давлении и относительно невысокой температуре (температура кипения раствора щелочи).

Характеристикой химического состава жидкого стекла является силикатный модуль. Модуль показывает отношение содержащейся в жидком стекле окиси кремния к окиси натрия или к окиси калия и характеризует выход кремнезема в раствор. По величине силикатного модуля о качестве жидкого стекла не судят.

Одно из торговых названий — «силикатный клей».

Применение

Областей применения жидкого стекла очень много. Его, в частности, применяют для изготовления кислотоупорного цемента и бетона, для пропитывания тканей, приготовления огнезащитных красок и покрытий по дереву (антипирены), укрепления слабых грунтов, в качестве клея для склеивания целлюлозных материалов, в производстве электродов, при очистке растительного и машинного масла и др.

В сочетании со спиртом и самым мелким песком используют для создания «керамических» или оболочечных форм, в которые после прокаливания до 1000 градусов отливают металлические изделия.

С 2008 года несколько японских производителей автополиролей начали выпуск полиролей на основе жидкого стекла.

Примечания

Ссылки

• Смирнова К. А. «Такой незнакомый знакомец». «Химия и Жизнь» № 2, 1987 г., с. 46-49
• Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук «Разработка малоотходной технологии растворов силиката натрия из опоки Щербаковского месторождения»
• Юрий Кукушкин Химия вокруг нас  (рус.). МОО «Наука и техника» (28 декабря 2002 года). Архивировано из первоисточника 21 августа 2011. Проверено 4 октября 2010.

Клей
Бустилат | БФ | Жидкие гвозди | Жидкое стекло (Силикатный клей) | Канцелярский клей | Костный клей (Столярный клей) | ПВА | Полиуретановые клеи | Суперклей | Эпоксидная смола (Холодная сварка) | Термоклей

Кварц, горный хрусталь, аметист, халцедон, топаз, оникс… Трудно поверить, но все эти и многие другие «чудеса подземного мира» состоят из одного и того же вещества – кремнезема, или оксида кремния (IV) SiO₂.

Предположения о том, что в кремнеземе содержится новый, еще неизвестный элемент, высказывались учеными уже в XVIII столетии. Однако в виде простого вещества кремний был выделен лишь в XIX в. Й. Я. Берцелиусом. Вначале он нагревал смесь кремнезёма с порошком железа и углём до 1500 ⁰С, но чистый кремний получить не удавалось: в присутствии железа образуется ферросилиций – сплав, содержащий оба эти элемента. Поняв, в чем ошибка, Берцелиус изменил способ синтеза. В 1823 г., когда он пропустил над калием пары фторида кремния (IV), удача, наконец, улыбнулась ему. По реакции SiF₄ + 4K = Si + 4KF был получен порошок аморфного кремния. Берцелиус доказал также, что, сгорая на воздухе, кремний переходит в кремнезём.

По содержания в земной коре (28%) Si уступает только кислороду. В природе кремний встречается исключительно в форме соединений. Обычный речной песок представляет собой кремнезём, загрязненный примесью глины и соединений железа. Наряду с глиной (Al₂O₃∙2SiO₂∙2H₂O) он образуется при выветривании полевого шпата под действием углекислого газа и влаги воздуха:

K₂O∙Al₂O₃∙6SiO₂ + 3H₂O + 2CO₂ = Al₂O₃∙2SiO₂∙2H₂O + 2KHCO₃ + 4SiO₂

Получение

В промышленности для получения кремния используют чистый песок SiO₂. В электрических печах при высокой температуре происходит восстановление кремния из его оксида коксом (углем):

SiO₂ + 2C = Si + 2CO↑

В лаборатории в качестве восстановителей используют магний или алюминий:

SiO₂ + 2Mg = Si + 2MgO

3SiO₂ + 4Al = 3Si + 2Al₂O₃

Наиболее чистый кремний получают восстановлением тетрахлорида кремния водородом или цинком:

SiCl₄ + 2H₂ = Si + 4HCl

SiCl₄ + 2Zn = Si + 2ZnCl₂

Физические свойства

Полученный указанными выше способами аморфный кремний представляет собой бурый порошок с температурой плавления 1420 ⁰С. Существует и другая аллотропная модификация кремния – кристаллический кремний. Это твердое вещество темно-серого цвета со слабым металлическим блеском, обладает тепло-и электропроводностью. Кристаллический кремний получают перекристаллизацией аморфного кремния. Аморфный кремний является более реакционноспособным, чем химически довольно инертный кристаллический кремний. Кристаллический кремний – полупроводник, его электропроводность возрастает при освещении и нагревании. Это обусловлено строением кристаллов. Структура кристаллического кремния аналогична структуре алмаза. В его кристалле каждый атом окружен тетраэдрически четырьмя другими и связан с ними ковалентной связью, хотя эта связь значительно слабее, чем между атомами углерода в алмазе. В кристалле кремния даже при обычных условиях ковалентные связи частично разрушаются, поэтому в нем имеются свободные электроны, которые обусловливают небольшую электропроводность. При освещении, нагревании, а также при наличии некоторых примесей увеличивается число разрушаемых связей, а значит, увеличивается число свободных электронов и возрастает электропроводность.

Химические свойства и применение

По химическим свойствам кремний во многом  схож с углеродом, что объясняется одинаковой структурой внешнего электронного слоя. При обычных условиях кремний довольно инертен, что обусловлено прочностью его кристаллической решетки. Непосредственно при комнатной температуре он взаимодействует только с фтором. При температуре 400 – 600 ⁰С кремний реагирует с хлором и бромом, а в кислороде измельченный кремний сгорает. С азотом и углеродом кремний реагирует при очень высоких температурах. Во всех указанных реакциях кремний играет роль восстановителя.

Si + 2F₂ = SiF₄

Si + 2Cl₂ = SiCl₄

Si + 2Br₂ = SiBr₄

Si + O₂ = SiO₂

3Si + 2N₂ = Si₃N₄

Si + C = SiC

Кремний как восстановитель взаимодействует и с некоторыми сложными веществами, например с фтороводородом:

Si + 4HF = SiF₄ + 2H₂↑

С другими галогеноводородами он в реакцию не вступает.

Кремний не растворяется даже в азотной кислоте, так как на его поверхности образуется плотная оксидная пленка (SiO₂), которая препятствует реакции. Однако со смесью HNO₃ и HF кремний реагирует потому, что фтороводородная кислота растворяет SiF4:

3Si + 12HF + 4HNO₃ + 3SiF₄ + 4NO↑ + 8H₂O

Водные растворы щелочей растворяют кремний с образованием растворимых солей кремниевой кислоты – силикатов, при этом происходит выделение водорода:

Si + 2NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + 2H₂↑

Восстановительные свойства кремния используют для получения некоторых металлов из их оксидов. Например:

2MgO + Si = 2Mg + SiO₂

При взаимодействии с металлами кремний играет роль окислителя. Соединения кремния с металлами называются силицидами:

Si + 2Mg = Mg₂Si

При обработке силицида магния соляной кислотой или водой образуется простейшее водородное соединение кремния – силан SiH₄:

Mg₂Si + 4HCl = 2MgCl₂ + SiH₄↑

Mg₂Si + 4H₂O = 2Mg(OH)₂ + SiH₄↑

Силан – ядовитый газ с неприятным запахом, легко самовоспламеняется на воздухе:

SiH₄ + 2O₂ = SiO₂ + 2H₂O

Кремний широко применяется в технике для получения различных полупроводниковых материалов и сплавов. Сплав кремния с железом – ферросилиций (сталь, содержащая 15% кремния) обладает большой кислотоустойчивостью. Из такой стали изготавливают химическую аппаратуру.

Оксид кремния (IV). Кремниевая кислота и ее соли. Стекло. Цемент

Оксид кремния (IV) SiO₂ (кремнезем, ангидрид кремниевой кислоты) – твердое тугоплавкое вещество (температура плавления 1713 ⁰С), нерастворимое в воде, из всех кислот только фтороводородная кислота постепенно разлагает его:

SiO₂ + 4HF = SiF₄ + 2H₂O

Как кислотный оксид SiO₂ при нагревании или сплавлении реагирует с основными оксидами, щелочами и некоторыми солями с образованием солей кремниевой кислоты – силикатов. Например:

SiO₂ + Na₂O = Na₂SiO₃

SiO₂ + CaO = CaSiO₃

SiO₂ + 2NaOH = Na₂SiO₃ + H₂O

SiO₂ + Ca(OH)₂ = CaSiO₃ + H₂O

SiO₂ + Na₂CO₃ = Na₂SiO₃ + CO₂↑

SiO₂ + CaCO₃ = CaSiO₃ + CO₂↑

Полученные искусственным путем силикаты натрия и калия – растворимое стекло – сильно гидролизованы. Их концентрированный раствор, называемый жидким стеклом, имеет сильнощелочную реакцию. Жидкое стекло применяется для изготовления несгораемых тканей, пропитки деревянных изделий, в качестве клея и т.д.

Кремниевая кислота H₂SiO₃ относится к очень слабым кислотам. В воде она практически нерастворима, но легко образует коллоидные растворы. Ее можно получить из растворов силикатов действием на них более сильных кислот. H₂SiO₃ выпадает из раствора в виде студенистого осадка (геля):

K₂SiO₃ + 2HCl = H₂SiO₃↓ + 2KCl

Постепенно при обычных условиях или быстрее при нагревании кремниевая кислота разлагается на воду и ангидрид кремниевой кислоты SiO₂:

H₂SiO₃ = H₂O + SiO₂

Стекло. Сырьем для производства стекла являются сода Na₂CO₃, известняк CaCO₃ и песок SiO₂. Из этих компонентов получают обычное оконное стекло:

Na₂CO₃ + CaCO₃ + 6SiO₂ = Na₂O∙CaO∙6SiO₂ + 2CO₂↑

В стекла особого назначения – огнеупорные, обладающие большой механической прочностью – при варке добавляют оксиды бария, свинца, бора. Окрашенные стекла получают добавлением оксидов кобальта (синее стекло), оксида хрома (зеленое стекло), добавлением оксида свинца получают хрустальное стекло.

Цемент представляет собой смесь силикатов, главными компонентами которых являются: оксид кальция, оксид кремния (IV), оксиды алюминия и железа (III).

В промышленности цемент получают спеканием глины и известняка СаСО₃. Если образующийся при этом порошок смешать с водой, то получается масса, постепенно твердеющая на воздухе. При добавлении к цементу песка или щебня в качестве наполнителя получают бетон, который широко используют в строительстве. Прочность бетона возрастает, если в него вводится каркас из железных стержней. Железобетонные панели, блоки перекрытий – основа современного строительства.

Скачать:

Скачать бесплатно реферат на тему: «Кремний» [download id=»1516″]

Скачать бесплатно реферат на тему: «Керамика» [download id=»1483″]

Скачать бесплатно реферат на тему: «Бетон» [download id=»1292″]

Скачать рефераты по другим темам можно здесь

 *на изображении записи фотография аметиста