Реферат: Химические соединения на основе кремния и углерода

Аморфный кремний - порошок бурого цвета. Последний легко получить в кристаллическом состоянии в виде серых твердых, но довольно хрупких крис таллов. Кристаллический кремний - полупроводник. [4,453-454]

Таблица 1. Общие химические данные об углероде и кремнии.

С	Sі
Электронная конфигурация	2s2 2p2	3s2 3р2
Ковалентный радиус, нм	0,077	0,118
Ионный радиус, нм	0,016	0,040
(+4)	(+4)
Энергия ионизации, эВ	11,26	8,15
Сродство к электрону, эВ	1,27	1,36
Тпл , К	4023	1693
Ткип, К	4473	3573
Плотность, г/см3	2,26	2,33
Твердость по шкале Мооса	10	7
Электроотрицательность	2,50	1,74
Степень окисления	- 2, 2, 4	- 4, 2, 4
Содержание в земной коре, масс %	9.10-2	16,7

Устойчивая при обычной температуре модификация углерода - графит - представляет собой непрозрачную, серую жирную массу. Алмаз - самое твердое вещество на земле - бесцветен и прозрачен. Кристаллические структуры графита и алмаза приведены на рис.1.

Рисунок 1. Структура алмаза (а); структура графита (б)

Углерод и кремний имеют свои определенные производные.

Таблица 2. Наиболее характерные производные углерода и кремния

Гидриды	Оксиды	Сульфиды	Хлориды	Комплексные соединения
СН4	СО, СО2	cs, cs.,	CCl4
SiH,	SiOa, (SiО	SiS, SiS2	SiCl4	H2 [SiF6 ], K2 [SiF6],
в парах)	MІ 4 Si (Мо3 О10 ),]

1.2 Получение, химические свойства и применение простых веществ

Кремний получают восстановлением оксидов углеродом; для получения в особо чистом состояний после восстановления вещество переводят в тетрахлорид и снова восстанавливают (водородом). Затем сплавляют в слитки и подвергают очистке методом зонной плавки. Слиток металла нагревают с одного конца так, чтобы в нем образовалась зона расплавленного металла. При перемещении зоны к другому концу слитка примесь, растворяясь в расплавленном металле лучше, чем в твердом, выводится, и тем самым металл очищается.

Углерод инертен, но при очень высокой, температуре (в аморфном состоянии) взаимодействует с большинством металлов с образованием твердых растворов или карбидов (СаС₂ , Fе₃ С и т.д.), а также со многими металлоидами, например:

2С+ Са = СaC_2, С + 3Fe = Fe₃ C,

Кремний более реакционно способен. С фтором он реагирует уже при обычной температуре: Si+2F₂ =SiF₄

У кремния очень большое сродство также и к кислороду:

Реакция с хлором и серой протекает около 500 К. При очень высокой температуре кремний взаимодействует с азотом и углеродом:

С водородом кремний непосредственно не взаимодействует. Кремний растворяется в щелочах:

Si+2NaOH+H₂ 0=Na₂ Si0₃ +2H₂ .

Кислоты, кроме плавиковой, на него не действуют. С HF идет реакция

Si+6HF=H₂ [SiF₆ ] +2H₂ .

Углерод в составе различных углей, нефти, природных (в основном СН4), а также искусственно полученных газов - важнейшая топливная база нашей планеты [4,17]

Графит широко используется для изготовления тиглей. Стержни из графита применяются как электроды. Много графита идет на производство карандашей. Углерод и кремний применяются для производства различных сортов чугуна. В металлургии углерод используется как восстановитель, а кремний из-за большого сродства к кислороду-как раскислитель. Кристаллический кремний в особо чистом состоянии (не более 10^-9 ат.% примеси) используется как полупроводник в различных устройствах и приборах, в том числе в качестве транзисторов и термисторов (приборов для очень тонких измерений температур), а также в фотоэлементах, работа которых основана на способности полупроводника при освещении проводить ток.

Глава 2. Химические соединения углерода

Для углерода характерны прочные ковалентные связи между собственными атомами (С-С) и с атомом водорода (С-Н), что нашло отражение в обилии органических соединений (несколько сот миллионов). Кроме прочных связей С-Н, С-С в различных классах органических и неорганических соединений, широко представлены связи углерода с азотом, серой, кислородом, галогенами, металлами (см. табл.5). Столь высокие возможности образования связей обусловлены малыми размерами атома углерода, позволяющими его валентным орбиталям 2s² , 2p² максимально перекрываться. Важнейшие неорганические соединения описаны в таблице 3.

Среди неорганических соединений углерода уникальными по составу и строению являются азотсодержащие производные.

В неорганической химии широко представлены производные уксусной СНзСООН и щавелевой H₂ C₂ О₄ кислот - ацетаты (типа М'СНзСОО) и оксалаты (типа M^I ₂ C₂ О₄ ).

Таблица 3. Важнейшие неорганические соединения углерода.

2.1 Кислородные производные углерода

2.1.1 Степень окисления +2

Оксид углерода СО (угарный газ): по строению молекулярных орбиталей (табл.4).