Реферат: Химические соединения на основе кремния и углерода
Карбидами называют продукты взаимодействия углерода с металлами, кремнием и бором. Карбиды по растворимости разделяются на два класса: карбиды, растворимые в воде (или в разбавленных кислотах), и карбиды, нерастворимые в воде (или в разбавленных кислотах).
2.3.1 Карбиды, растворимые в воде и разбавленных кислотах
А. Карбиды, при растворении образующие C2 H2 К этой группе относятся карбиды металлов первых двух главных групп; близки к ним и карбиды Zn, Cd, La, Се, Th состава MC2 (LaC2 , CeC2 , ТhC2 .)
CaC2 +2H2 0=Ca (OH) 2 +C2 H2, ThC2 +4H2 0=Th (OH) 4 +H2 C2 +H2 .
Б. Карбиды, при растворении образующие СН4 , например:
АНСз+ 12Н2 0=4Аl (ОН) з+ЗСН4, Ве2 С+4Н2 0=2Ве (ОН) 2 +СН4 . По свойствам к ним близок Мnз С:
Мnз С+6Н2 0=ЗМn (ОН) 2 +СН4 +Н2 .
В. Карбиды, при растворении образующие смесь углеводородов и водород. К ним относятся большинство карбидов редкоземельных металлов.
2.3.2 Карбиды, нерастворимые в воде и в разбавленных кислотах
К этой группе относится большинство карбидов переходных металлов (W, Мо, Та и др.), а также SiC, B4 C.
Они растворяются вокислительных средах, например:
VC + 3HN03 + 6HF = HVF6 + СO2 + 3NO + 4Н2 0, SiC+4KOH+2C02 =K2 Si03 +K2 C03 +2H2 0.
Рисунок 3. Икосаэдр B12
Практически важными являются карбиды переходных металлов, а также карбиды кремния SiC и бора B4 C. SiC - карборунд - бесцветные кристаллы с решеткой алмаза, по твердости приближающийся к алмазу (технический SiC за счет примесей имеет темную окраску). SiC очень огнеупорен, теплопроводен и при высокой температуре электропроводен, химически чрезвычайно инертен; его можно разрушить только при сплавлении на воздухе со щелочами.
B4 C - полимер. Решетка карбида бора построена из линейно расположенных трех атомов углерода и групп, содержащих 12 атомов В, расположенных в форме икосаэдра (рис.3); твердость B4C превышает твердость SiC.
Глава 3. Соединения кремния
Отличие химии кремния от углерода в основном обусловлено большими размерами его атома и возможностью использования свободных Зй-орбиталей. Из-за дополнительного связывания (по донорно-акцепторному механизму) связи кремния с кислородом Si-О-Si и фтором Si-F (табл.17.23) более прочны, чем у углерода, а из-за большего размера атома Si по сравнению с атомом С связи Si-Н и Si-Si менее прочны, чем у углерода. Атомы кремния практически не способны давать цепи. Аналогичный углеводородам гомологический ряд кремневодородов SinH2n+2 (си-ланы) получен лишь до состава Si4Hio. Из-за большего размера у атома Si слабо выражена и способность к л-перекрыванию, поэтому не только тройные, но и двойные связи для него малохарактерны.
При взаимодействии кремния с металлами образуются силициды (Ca2 Si, Mg2 Si, BaSi2 , Cr3 Si, CrSi2 и др.), похожие во многом на карбиды. Силициды не характерны для элементов I группы (кроме Li). Галогениды кремния (табл.5) более прочные соединения, чем галогениды углерода; вместе с тем водой они разлагаются.
Таблица 5. Прочность некоторых связей углерода и кремния
| Связь | Энергия связи, кДж/моль | Связь | Энергия связи, к Д ж/моль |
| С-С | 348 | Si-Si | 222 |
| С-Н | 414 | Si-H | 319 |
| С-О | 359 | Si-О | 445 |
| C-F | 487 | Si-F | 567 |
| С-Сl | 340 | Si-Cl | 382 |
| С-Вг | 285 | Si-Br | 310 |
| С-I | 214 | Si-I | 235 |
| C-N | 206 | Si-N | 330-350 |
Наиболее прочным галогенидом кремния является SiF4 (разлагается только под действием электрического разряда), но так же, как и другие галогениды, подвергается гидролизу. При взаимодействии SiF4 с HF образуется гексафторокремниевая кислота:
SiF4 +2HF=H2 [SiF6 ].
H2 SiF6 по силе близка к H2 S04 . Производные этой кислоты - фторосиликаты, как правило, растворимы в воде. Плохо растворимы фторосиликаты щелочных металлов (кроме Li и NH4 ). Фторосиликаты используются как ядохимикаты (инсектициды).
Практически важным галогенидом является SiCO4 . Он используется для получения кремнийорганических соединений. Так, SiCL4 легко взаимодействует со спиртами с образованием эфиров кремниевой кислоты HaSiO3 :
SiCl4 +4C2 H5 OH=Si (OC2 H5 ) 4 +4HCl4
Таблица 6. Галогениды углерода и кремния
Эфиры кремниевой кислоты, гидролизуясь, образуют силиконы - полимерные вещества цепочечного строения:
(R-органический радикал), которые нашли применение для получения каучуков, масел и смазок.
Сульфид кремния (SiS2 ) n-полимерное вещество; при обычной температуре устойчив; разлагается водой:
SiS2 + ЗН2 О = 2H2 S + H2 SiO3 .