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Êðåìíèé è åãî ñîåäèíåíèÿ. Õèìèÿ 9 êëàññ. ÃÄÇ. Ãàáðèåëÿí.Èíòåðàêòèâíûå çàäàíèÿ
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ìîé ÞÒÓÁ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!
ìîé ÒÅËÅÃÐÀÌ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!

 


Ñîäåðæàíèå

 

Ãëàâíàÿ >> Õèìèÿ 9 êëàññ

Õèìèÿ 9 êëàññ ñ ÃÄÇ. Ãàáðèåëÿí

 


§ 35. Êðåìíèé è åãî ñîåäèíåíèÿ

Êðåìíèé

Âòîðîé ïðåäñòàâèòåëü ýëåìåíòîâ ãëàâíîé ïîäãðóïïû IV ãðóïïû (IVÀ ãðóïïû) Ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìû Ä. È. Ìåíäåëååâà — êðåìíèé Si.

 ïðèðîäå êðåìíèé — âòîðîé ïî ðàñïðîñòðàí¸ííîñòè ïîñëå êèñëîðîäà õèìè÷åñêèé ýëåìåíò. Çåìíàÿ êîðà áîëåå ÷åì íà ÷åòâåðòü ñîñòîèò èç åãî ñîåäèíåíèé. Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàí¸ííûì ñîåäèíåíèåì êðåìíèÿ ÿâëÿåòñÿ îêñèä êðåìíèÿ (IV) SiO2, äðóãîå åãî íàçâàíèå — êðåìíåç¸ì.  ïðèðîäå îí îáðàçóåò ìèíåðàë êâàðö (ðèñ. 158), ìíîãèå ðàçíîâèäíîñòè êîòîðîãî — ãîðíûé õðóñòàëü è åãî çíàìåíèòàÿ ëèëîâàÿ ôîðìà — àìåòèñò, à òàêæå àãàò, îïàë, ÿøìà, õàëöåäîí, ñåðäîëèê, èçâåñòíû êàê ïîäåëî÷íûå è ïîëóäðàãîöåííûå êàìíè. Èç îêñèäà êðåìíèÿ (IV) ñîñòîÿò òàêæå îáû÷íûé è êâàðöåâûé ïåñîê.

Èç ðàçíîâèäíîñòåé ìèíåðàëîâ íà îñíîâå îêñèäà êðåìíèÿ (IV) (êðåìíÿ, õàëöåäîíà è äð.) ïåðâîáûòíûå ëþäè èçãîòîâëÿëè îðóäèÿ òðóäà. Èìåííî êðåìåíü, ýòîò íåâçðà÷íûé è íå î÷åíü ïðî÷íûé êàìåíü, ïîëîæèë íà÷àëî êàìåííîìó âåêó — âåêó êðåìí¸âûõ îðóäèé òðóäà (ðèñ. 159).

Êðèñòàëû êâàðöà

Ïðè÷èí ýòîìó äâå: ðàñïðîñòðàí¸ííîñòü è äîñòóïíîñòü êðåìíÿ, à òàêæå åãî ñïîñîáíîñòü îáðàçîâûâàòü ïðè ñêîëå îñòðûå ðåæóùèå êðàÿ.

Âòîðîé òèï ïðèðîäíûõ ñîåäèíåíèé êðåìíèÿ — ýòî ñèëèêàòû. Ñðåäè íèõ íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåíû àëþìîñèëèêàòû (ïîíÿòíî, ÷òî ýòè ñèëèêàòû ñîäåðæàò õèìè÷åñêèé ýëåìåíò àëþìèíèé). Ê àëþìîñèëèêàòàì îòíîñÿò ãðàíèò, ðàçëè÷íûå âèäû ãëèí, ñëþäû. Ñèëèêàòîì, íå ñîäåðæàùèì àëþìèíèÿ, ÿâëÿåòñÿ, íàïðèìåð, àñáåñò, èç êîòîðîãî èçãîòàâëèâàþò îãíåóïîðíûå òêàíè.

Îêñèä êðåìíèÿ (IV) SiO2 íåîáõîäèì äëÿ æèçíè ðàñòåíèé è æèâîòíûõ. Îí ïðèäà¸ò ïðî÷íîñòü ñòåáëÿì ðàñòåíèé è çàùèòíûì ïîêðîâàì æèâîòíûõ (ðèñ. 160). Áëàãîäàðÿ åìó òðîñòíèêè, êàìûøè è õâîùè ñòîÿò êðåïêî, êàê øòûêè, îñòðûå ëèñòüÿ îñîêè ðåæóò, êàê íîæè, ñòåðíÿ íà ñêîøåííîì ïîëå êîëåò, êàê èãîëêè, à ñòåáëè çëàêîâ íàñòîëüêî êðåïêè, ÷òî íå ïîçâîëÿþò íèâå íà ïîëÿõ ëîæèòüñÿ îò äîæäÿ è âåòðà. ×åøóÿ ðûá, ïàíöèðè íàñåêîìûõ, êðûëüÿ áàáî÷åê, ïåðüÿ ïòèö è øåðñòü æèâîòíûõ ïðî÷íû, òàê êàê ñîäåðæàò êðåìíåç¸ì.

Ñîåäèíåíèÿ êðåìíèÿ ïðèäàþò ãëàäêîñòü è ïðî÷íîñòü âîëîñàì è íîãòÿì ÷åëîâåêà.

Êðåìíèé âõîäèò è â ñîñòàâ íèçøèõ æèâûõ îðãàíèçìîâ — äèàòîìîâûõ âîäîðîñëåé è ðàäèîëÿðèé, íåæíåéøèõ êîìî÷êîâ æèâîé ìàòåðèè, êîòîðûå ñîçäàþò ñâîè íåïðåâçîéä¸ííûå ïî êðàñîòå ñêåëåòû èç êðåìíåç¸ìà (ðèñ. 161).

Ñâîéñòâà êðåìíèÿ. Âû ïîëüçóåòåñü ìèêðîêàëüêóëÿòîðîì ñ ñîëíå÷íîé áàòàðåéêîé è ïîýòîìó èìååòå ïðåäñòàâëåíèå î êðèñòàëëè÷åñêîì êðåìíèè. Ýòî ïîëóïðîâîäíèê.  îòëè÷èå îò ìåòàëëîâ, ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû åãî ýëåêòðîïðîâîäíîñòü óâåëè÷èâàåòñÿ. Íà ñïóòíèêàõ, êîñìè÷åñêèõ êîðàáëÿõ, ñòàíöèÿõ è êðûøàõ äîìîâ (ðèñ. 162) óñòàíàâëèâàþò ñîëíå÷íûå áàòàðåè, ïðåîáðàçóþùèå ñîëíå÷íóþ ýíåðãèþ â ýëåêòðè÷åñêóþ.  íèõ ðàáîòàþò êðèñòàëëû ïîëóïðîâîäíèêîâ, è â ïåðâóþ î÷åðåäü êðåìíèÿ.

Ñîëíå÷íàÿ áàòàðåÿ íà êðûøå äîìà

Êðåìíèåâûå ôîòîýëåìåíòû ìîãóò ïðåâðàòèòü â ýëåêòðè÷åñêóþ äî 10% ïîãëîù¸ííîé ñîëíå÷íîé ýíåðãèè.

Êðåìíèé ãîðèò â êèñëîðîäå, îáðàçóÿ óæå èçâåñòíûé âàì îêñèä êðåìíèÿ (IV):

Áóäó÷è íåìåòàëëîì, ïðè íàãðåâàíèè êðåìíèé ñîåäèíÿåòñÿ ñ ìåòàëëàìè ñ îáðàçîâàíèåì ñèëèöèäîâ, íàïðèìåð:

Ñèëèöèäû ëåãêî ðàçëàãàþòñÿ âîäîé èëè êèñëîòàìè, ïðè ýòîì âûäåëÿåòñÿ ãàçîîáðàçíîå âîäîðîäíîå ñîåäèíåíèå êðåìíèÿ — ñèëàí:

 îòëè÷èå îò óãëåâîäîðîäîâ, ñèëàí íà âîçäóõå ñàìîâîñïëàìåíÿåòñÿ è ñãîðàåò ñ îáðàçîâàíèåì îêñèäà êðåìíèÿ (IV) è âîäû:

Ïîâûøåííàÿ ðåàêöèîííàÿ ñïîñîáíîñòü ñèëàíà ïî ñðàâíåíèþ ñ ìåòàíîì ÑÍ4 îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî ðàçìåð àòîìà ó êðåìíèÿ áîëüøå, ÷åì ó óãëåðîäà, ïîýòîìó õèìè÷åñêèå ñâÿçè Si—Í ìåíåå ïðî÷íûå, ÷åì ñâÿçè Ñ—Í.

Êðåìíèé âçàèìîäåéñòâóåò ñ êîíöåíòðèðîâàííûìè âîäíûìè ðàñòâîðàìè ùåëî÷åé, îáðàçóÿ ñèëèêàòû è âîäîðîä:

Êðåìíèé ïîëó÷àþò, âîññòàíàâëèâàÿ åãî èç îêñèäà êðåìíèÿ (IV) ìàãíèåì èëè óãëåðîäîì:

Îêñèä êðåìíèÿ (IV), èëè äèîêñèä êðåìíèÿ, èëè êðåìíåç¸ì Si02, êàê è Ñ02, ÿâëÿåòñÿ êèñëîòíûì îêñèäîì. Îäíàêî â îòëè÷èå îò Ñ02 èìååò íå ìîëåêóëÿðíóþ, à àòîìíóþ êðèñòàëëè÷åñêóþ ðåø¸òêó. Ïîýòîìó Si02 òâ¸ðäîå è òóãîïëàâêîå âåùåñòâî. Îí íå ðàñòâîðÿåòñÿ â âîäå è êèñëîòàõ, êðîìå, êàê âû çíàåòå, ïëàâèêîâîé, íî âçàèìîäåéñòâóåò ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ ñ ùåëî÷àìè ñ îáðàçîâàíèåì ñîëåé êðåìíèåâîé êèñëîòû — ñèëèêàòîâ:

Ñèëèêàòû ìîæíî ïîëó÷èòü òàêæå ñïëàâëåíèåì îêñèäà êðåìíèÿ (IV) ñ îêñèäàìè ìåòàëëîâ èëè ñ êàðáîíàòàìè:

Ñèëèêàòû

Êà÷åñòâåííàÿ ðåàêöèÿ íà ñèëèêàò-èîí

Ñèëèêàòû íàòðèÿ è êàëèÿ íàçûâàþò ðàñòâîðèìûì ñòåêëîì. Èõ âîäíûå ðàñòâîðû — ýòî õîðîøî èçâåñòíûé ñèëèêàòíûé êëåé.

Èç ðàñòâîðîâ ñèëèêàòîâ äåéñòâèåì íà íèõ áîëåå ñèëüíûõ êèñëîò — ñîëÿíîé, ñåðíîé, óêñóñíîé è äàæå óãîëüíîé ïîëó÷àåòñÿ êðåìíèåâàÿ êèñëîòà H2SiO3 (ðèñ. 163):

Ñëåäîâàòåëüíî, H2SiO3 î÷åíü ñëàáàÿ êèñëîòà. Îíà íåðàñòâîðèìà â âîäå è âûïàäàåò èç ðåàêöèîííîé ñìåñè â âèäå ñòóäåíèñòîãî îñàäêà, èíîãäà çàïîëíÿþùåãî êîìïàêòíî âåñü îáú¸ì ðàñòâîðà, ïðåâðàùàÿ åãî â ïîëóòâ¸ðäóþ ìàññó, ïîõîæóþ íà ñòóäåíü, æåëå. Ïðè âûñûõàíèè ýòîé ìàññû îáðàçóåòñÿ âûñîêîïîðèñòîå âåùåñòâî — ñèëèêàãåëü, øèðîêî ïðèìåíÿåìûé â êà÷åñòâå àäñîðáåíòà — ïîãëîòèòåëÿ äðóãèõ âåùåñòâ.

Ëàáîðàòîðíûé îïûò ¹ 40

Ïðèìåíåíèå êðåìíèÿ. Âû óæå çíàåòå, ÷òî êðåìíèé ïðèìåíÿþò äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ìàòåðèàëîâ, à òàêæå êèñëîòîóïîðíûõ ñïëàâîâ. Ïðè ñïëàâëåíèè êâàðöåâîãî ïåñêà ñ óãë¸ì ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ îáðàçóåòñÿ êàðáèä êðåìíèÿ SiC, êîòîðûé ïî òâ¸ðäîñòè óñòóïàåò òîëüêî àëìàçó. Ïîýòîìó åãî èñïîëüçóþò äëÿ çàòà÷èâàíèÿ ðåçöîâ ìåòàëëîðåæóùèõ ñòàíêîâ è øëèôîâêè äðàãîöåííûõ êàìíåé.

Èçäåëèÿ èç öâåòíîãî ñòåêëà

Èç ðàñïëàâëåííîãî êâàðöà èçãîòàâëèâàþò ðàçëè÷íóþ êâàðöåâóþ õèìè÷åñêóþ ïîñóäó, êîòîðàÿ ìîæåò âûäåðæèâàòü âûñîêóþ òåìïåðàòóðó è íå òðåñêàåòñÿ ïðè ðåçêîì îõëàæäåíèè.

Ñîåäèíåíèÿ êðåìíèÿ ñëóæàò îñíîâîé äëÿ ïðîèçâîäñòâà ñòåêëà è öåìåíòà. Îáû÷íîå îêîííîå ñòåêëî èìååò ñîñòàâ, êîòîðûé ìîæíî âûðàçèòü ôîðìóëîé Na2O • ÑàÎ • 6SiO2. Åãî ïîëó÷àþò â ñïåöèàëüíûõ ñòåêëîâàðåííûõ ïå÷àõ ñïëàâëåíèåì ñìåñè ñîäû, èçâåñòíÿêà è ïåñêà.

Îòëè÷èòåëüíàÿ îñîáåííîñòü ñòåêëà — ñïîñîáíîñòü ðàçìÿã÷àòüñÿ è â ðàñïëàâëåííîì ñîñòîÿíèè ïðèíèìàòü ëþáóþ ôîðìó, êîòîðàÿ ñîõðàíÿåòñÿ ïðè çàñòûâàíèè ñòåêëà. Íà ýòîì îñíîâàíî ïðîèçâîäñòâî ïîñóäû è äðóãèõ èçäåëèé èç ñòåêëà.

Äîïîëíèòåëüíûå êà÷åñòâà ñòåêëó ïðèäàþò ðàçëè÷íûå äîáàâêè. Òàê, ââåäåíèåì îêñèäà ñâèíöà ïîëó÷àþò õðóñòàëüíîå ñòåêëî, îêñèä õðîìà îêðàøèâàåò ñòåêëî â çåë¸íûé öâåò, îêñèä êîáàëüòà — â ñèíèé è ò. ä. (ðèñ. 164).

Ñòåêëî — îäíî èç äðåâíåéøèõ èçîáðåòåíèé ÷åëîâå÷åñòâà. Óæå 3—4 òûñ. ëåò íàçàä ïðîèçâîäñòâî ñòåêëà áûëî ðàçâèòî â Åãèïòå, Ñèðèè, Ôèíèêèè è Ïðè÷åðíîìîðüå.

Ìîçàè÷íûé ïîðòðåò Ïåòðà I

Ñòåêëî — ýòî ìàòåðèàë íå òîëüêî ðåìåñëåííèêîâ, íî è õóäîæíèêîâ. Âûñîêîãî ñîâåðøåíñòâà äîñòèãëè ìàñòåðà Äðåâíåãî Ðèìà, êîòîðûå óìåëè ïîëó÷àòü öâåòíûå ñò¸êëà è äåëàòü èç èõ êóñî÷êîâ ìîçàèêè.

Ïðîèçâåäåíèÿ èñêóññòâà èç ñòåêëà ÿâëÿþòñÿ îáÿçàòåëüíûìè àòðèáóòàìè ëþáîãî êðóïíîãî ìóçåÿ, è öâåòíûå âèòðàæè öåðêâåé, ìîçàè÷íûå ïàííî — ÿðêèå òîìó ïðèìåðû (ðèñ. 165).  îäíîì èç ïîìåùåíèé Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêîãî îòäåëåíèÿ Ðîññèéñêîé àêàäåìèè íàóê íàõîäèòñÿ ìîçàè÷íûé ïîðòðåò Ïåòðà I, âûïîëíåííûé Ì. Â. Ëîìîíîñîâûì (ðèñ. 166).

Îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ ñòåêëà î÷åíü îáøèðíû. Ýòî îêîííîå, áóòûëî÷íîå, ëàìïîâîå, çåðêàëüíîå ñòåêëî; ñòåêëî îïòè÷åñêîå — îò ñò¸êîë î÷êîâ äî ñò¸êîë ôîòîêàìåð; ëèíçû áåñ÷èñëåííûõ îïòè÷åñêèõ ïðèáîðîâ — îò ìèêðîñêîïîâ äî òåëåñêîïîâ.

Äðóãîé âàæíûé ìàòåðèàë, ïîëó÷àåìûé íà îñíîâå ñîåäèíåíèÿ êðåìíèÿ, — öåìåíò. Åãî ïîëó÷àþò ñïåêàíèåì ãëèíû è èçâåñòíÿêà â ñïåöèàëüíûõ âðàùàþùèõñÿ ïå÷àõ.

Åñëè ïîðîøîê öåìåíòà ñìåøàòü ñ âîäîé, òî îáðàçóåòñÿ öåìåíòíîå òåñòî, èëè, êàê åãî íàçûâàþò ñòðîèòåëè, «öåìåíòíûé ðàñòâîð», êîòîðûé ïîñòåïåííî çàòâåðäåâàåò. Ïðè äîáàâëåíèè ê öåìåíòó ïåñêà èëè ùåáíÿ â êà÷åñòâå íàïîëíèòåëÿ ïîëó÷àþò áåòîí. Ïðî÷íîñòü áåòîíà âîçðàñòàåò, åñëè â íåãî ââîäèòñÿ æåëåçíûé êàðêàñ, — ïîëó÷àåòñÿ æåëåçîáåòîí, èç êîòîðîãî èçãîòàâëèâàþò ñòåíîâûå ïàíåëè, áëîêè ïåðåêðûòèé, ôåðìû ìîñòîâ è ò. ä.

Ïðîèçâîäñòâîì ñòåêëà è öåìåíòà çàíèìàåòñÿ ñèëèêàòíàÿ ïðîìûøëåííîñòü. Îíà òàêæå âûïóñêàåò ñèëèêàòíóþ êåðàìèêó — êèðïè÷, ôàðôîð (ðèñ. 167), ôàÿíñ è èçäåëèÿ èç íèõ.

Îòêðûòèå êðåìíèÿ. Õîòÿ óæå â ãëóáîêîé äðåâíîñòè ëþäè øèðîêî èñïîëüçîâàëè â áûòó ñîåäèíåíèÿ êðåìíèÿ, ñàì êðåìíèé áûë âïåðâûå ïîëó÷åí â 1824 ã. øâåäñêèì õèìèêîì É. ß. Áåðöåëèóñîì. Îäíàêî çà 12 ëåò äî íåãî êðåìíèé ïîëó÷èëè Æ. Ãåé-Ëþññàê è Ë. Òåíàð, íî îí áûë î÷åíü çàãðÿçí¸í ïðèìåñÿìè.

Ëàòèíñêîå íàçâàíèå ñèëèöèóì áåð¸ò ñâî¸ íà÷àëî îò ëàòèíñêîãî ñëîâà ñèëåêñ— «êðåìåíü».

Ôàðôîðîâûå èçäåëèÿ

Ðóññêîå íàçâàíèå «êðåìíèé» ïðîèñõîäèò îò ãðå÷åñêîãî êðåìíîñ — «óò¸ñ, ñêàëà».

1. Îáðàòèòåñü ê ýëåêòðîííîìó ïðèëîæåíèþ. Èçó÷èòå ìàòåðèàë óðîêà è âûïîëíèòå ïðåäëîæåííûå çàäàíèÿ.

2. Íàéäèòå â Èíòåðíåòå ýëåêòðîííûå àäðåñà, êîòîðûå ìîãóò ñëóæèòü äîïîëíèòåëüíûìè èñòî÷íèêàìè, ðàñêðûâàþùèìè ñîäåðæàíèå êëþ÷åâûõ ñëîâ è ñëîâîñî÷åòàíèé ïàðàãðàôà. Ïðåäëîæèòå ó÷èòåëþ ñâîþ ïîìîùü â ïîäãîòîâêå íîâîãî óðîêà — ñäåëàéòå ñîîáùåíèå ïî êëþ÷åâûì ñëîâàì è ñëîâîñî÷åòàíèÿì ñëåäóþùåãî ïàðàãðàôà.

1. Óêàæèòå ñõîäñòâî è ðàçëè÷èå îêñèäà óãëåðîäà (IV) è îêñèäà êðåìíèÿ (IV) ïî ñòðîåíèþ è ñâîéñòâàì. Íàïèøèòå óðàâíåíèÿ ðåàêöèé.

2. Ïî÷åìó óãëåðîä íàçûâàþò îñíîâíûì ýëåìåíòîì æèâîé ïðèðîäû, à êðåìíèé — îñíîâíûì ýëåìåíòîì íåæèâîé ïðèðîäû?

3. Ïðè âçàèìîäåéñòâèè èçáûòêà ðàñòâîðà ãèäðîêñèäà íàòðèÿ ñ 16 ã êðåìíèÿ áûëî ïîëó÷åíî 22,4 ë âîäîðîäà (í. ó.). Âû÷èñëèòå ìàññîâóþ äîëþ êðåìíèÿ âî âçÿòîì îáðàçöå. Ñêîëüêî ãðàììîâ îêñèäà êðåìíèÿ (IV) ñîäåðæàëîñü â í¸ì? Ñêîëüêî ãðàììîâ 60%-ãî ðàñòâîðà ù¸ëî÷è ïîòðåáîâàëîñü äëÿ ðåàêöèè?

4. Íàïèøèòå óðàâíåíèÿ ðåàêöèé, ñ ïîìîùüþ êîòîðûõ ìîæíî îñóùåñòâèòü ñëåäóþùèå ïðåâðàùåíèÿ:

Ïðîöåññû îêèñëåíèÿ-âîññòàíîâëåíèÿ.

Ðàññìîòðèòå ïðîöåññû îêèñëåíèÿ-âîññòàíîâëåíèÿ.

 

 

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Ñîäåðæàíèå

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