Презентация к уроку в 9 классе.Кремний.

Муниципальное бюджетное учреждение средняя общеобразовательная школа № 93 с углубленным изучением отдельных предметов г.о. Тольятти.

КРЕМНИЙ

• История названия.
• История открытия.
• Строение атома.
• Кремний простое вещество.
• Нахождение в природе.
• Физические свойства.
• Химические свойства.
• Получение.
• Применение .
• Биологическая роль.

История названия

КРЕМНИЙ (лат. Silicium от silex — кремень), Si читается «силициум», но в настоящее время довольно часто и как «си». Русское название происходит от греческого kremnos — утес, гора.

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:

SiF 4 + 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 K 2 SiF 6 . 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 .

Строение атома.

В периодической системе Менделеева кремний расположен в IVA группе , в третьем периоде.

В соединениях обычно проявляет степень окисления +4 (валентность IV) и очень редко +3, +2 и +1 (валентности соответственно III, II и I)

)))

2 8 4

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2

упражнение

Кремний – простое вещество.

Хотя кремний принято относить кремний к неметаллам, он по ряду свойств занимает промежуточное положение между металлами и неметаллами. В свободном виде — аморфный коричневый порошок, или в кристаллической форме светло-серый компактный материал с металлическим блеском.

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 минералов силикатов и алюмосиликатов . Широко распространен и кремнезем, или кремния диоксид SiO 2 (речной песок , кварц , кремень, горный хрусталь и др.), составляющий около 12% земной коры (по массе). В свободном виде кремний в природе не встречается. Анализ образцов лунного грунта показал наличие SiO 2 в количестве более 40 % .

Природные минералы

Состав, свойства

Оксид кремния

• (кремнезем), SiO 2 , бесцветные кристаллы, t пл 1728 °С, обладают высокой твердостью и прочностью. В природе — минерал кварц. Кремния диоксид применяют в производстве стекла, керамики, абразивов, бетонных изделий

Природные минералы..

Состав, свойства

Кремень

• КРЕМЕНЬ, минеральное образование, состоящее из кварца и халцедона. Желто-бурые до черных конкреции, желваки, главным образом в известняках, меле и мергелях. Твердость ок. 7. В древности — материал для каменных орудий. Применяется при изготовлении эмалей и глазурей, для шлифования и др.

Природные минералы.

Кварц

Состав, свойства

КВАРЦ, SiO 2 , один из самых распространенных породообразующих минералов;. Цвет разнообразный:

• бесцветный кварц — горный хрусталь,
• фиолетовый — аметист,
• дымчатый — раухтопаз,
• черный — морион,
• золотистый — цитрин и др.

Природные минералы.

Состав, свойства

Песок

• ПЕСОК, мелкообломочная рыхлая осадочная горная порода, состоящая не менее чем на 50% из зерен кварца, полевых шпатов и других минералов и обломков горных пород размером 0,05-2 мм; содержит примесь алевритовых и глинистых частиц. Применяется в строительстве и стеклянной промышленности .

Алюмосиликаты.

Состав, свойства

Алюмосиликаты

• АЛЮМОСИЛИКАТЫ, группа породообразующих минералов класса силикатов; алюмокремниевых соединений с катионами щелочных металлов (полевые шпаты, слюды, минералы глин , ляпис – лазурь, турмалин, и др.).

Физические свойства кремния.

Плотность кремния 2,33 кг/дм 3 .

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.

Кристаллическая решетка кубическая и имеет такое же строение как и алмаз.

Элементарный кремний — типичный полупроводник.

Кристаллический кремний вещество серого цвета с металлическим блеском, мелкокристаллический – порошок бурого цвета.

Химические свойства кремния.

С водородом кремний непосредственно не реагирует, соединения кремния с водородом — силаны с общей формулой Si n H 2n+2 — получают косвенным путем. Моносилан SiH 4 (его часто называют просто силаном) выделяется при взаимодействии силицидов металлов с растворами кислот.

• Si+O 2 =SiO 2
• Si+ 2 NaOH+H 2 O=Na 2 SiO 3 +2H 2 ↑
• Si + C=SiC - карбид кремния
• Si+2Mg=Mg 2 Si
• Si + 2 Cl 2 = SiCl 4
• Si + 2 S=SiS 2
• Mg 2 Si+ 4 H 2 O=2Mg(OH) 2 +SiH 4
• SiH 4 +2O 2 =SiO 2 +2H 2 O

Получение в промышленности.

В промышленности кремний получают, восстанавливая расплав SiO 2 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 SiCl 4 и SiCl 3 H. 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 Mg 2 Si. Далее из силицида магния с помощью соляной или уксусной кислот получают летучий моносилан SiH 4 . Моносилан очищают далее ректификацией, сорбционными и др. методами, а затем разлагают на кремний и водород при температуре около 1000°C.

Промышленный способ:

SiO 2 +2 C=2CO+Si

Получение кремния в лаборатории .

SiF 4 +4K=4KF+Si

SiO 2 +2Mg=Si+2MgO

Применение

• В настоящее время кремний — основной материал для электроники и солнечной энергетики.
• Монокристаллический кремний — материал для зеркал газовых лазеров.
• Иногда кремний (технической чистоты) и его сплав с железом (ферросилиций) используется для производства водорода в полевых условиях.
• Соединения металлов с кремнием — силициды, являются широкоупотребляемыми в промышленности (например электронной и атомной) материалами с широким спектром полезных химических, электрических и ядерных свойств (устойчивость к окислению, нейтронам и др.), а также силициды ряда элементов являются важными термоэлектрическими материалами.
• Кремний применяется в металлургии при выплавке чугуна, сталей, бронз, силумина и др. (как раскислитель и модификатор, а также как легирующий компонент).
• Соединения кремния служат основой для производства стекла и цемента. Производством стекла и цемента занимается силикатная промышленность. Она также выпускает силикатную керамику — кирпич, фарфор, фаянс и изделия из них.
• Широко известен силикатный клей, преимущественно применяемый для склеивания бумаги.
• Последнее время очень широко применяются полимеры на основе кремния — силиконы.

Применение

часы

Клей силикатный

Транзисторы, резисторы

зажигалки

Солнечные батареи

Кремниевое оружие

электроника

Биологическая роль кремния.

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 SiO 2 , 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.

Силикоз.

СИЛИКОЗ (от лат. silex — кремень), пневмокониоз, обусловлен длительным вдыханием пыли, содержащей свободный диоксид кремния.

Губки.

ГУБКИ, тип преимущественно морских колониальных беспозвоночных. Высота одиночных губок колеблется от нескольких мм до 3 см, размеры колоний могут достигать 1,5 м. Форма колоний разнообразна — от бесформенных наростов и ковриг, до почти правильных бутылей, чаш или шаров. Губки имеют форму мешка или бокала, который основанием (подошвой) прикреплен к субстрату, а находящимся на противоположном конце отверстием (устьем) сообщается с окружающей средой. Тело пронизано многочисленными порами и состоит из двух слоев клеток, между которыми расположено бесструктурное вещество — мезоглея.

Радиолярии.

РАДИОЛЯРИИ (лучевики), класс простейших подтипа саркодовых. Размеры от 40 мкм до 1-3 мм. Подавляющее большинство видов обладает радиальной симметрией, что связано с планктонным образом жизни. Для радиолярий характерен минеральный скелет из сернокислого стронция (SrSO4) или кремнезема (SiO2), состоящий из центральной капсулы с отходящими от нее скелетными иглами.

Диатомовые водоросли.

ДИАТОМОВЫЕ ВОДОРОСЛИ (диатомеи, кремнистые водоросли), отдел настоящих водорослей. Одноклеточные одиночные или колониальные организмы. Клетки лишены целлюлозной оболочки и окружены снаружи твердым кремнеземным панцирем. По его форме диатомовые водоросли делятся на две группы: с радиально-симметричным (центрические) и двустороннесимметричным (пеннатные) панцирем.

Биогенные элементы.

БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и выполняющие определенные биологические функции. Важнейшие биогенные элементы — О (составляет ок. 70% массы организмов), C (18%), H (10%), N, B, S, Ca, K, Na, Cl. Б. э., необходимые организмам в ничтожных количествах, называются микроэлементами.

Основу клеток всех живых организмов составляют четыре химических элемента: кислород, углерод, водород и азот. На их долю приходится около 98% всего содержимого клетки. Большинство остальных химических элементов содержится в клетках в значительно меньшем количестве, из-за чего их называют микроэлементами.

Силикаты .

СИЛИКАТЫ, соли кремниевых кислот. Примеры — каолинит Al 4 [Si 4 O 10 ](OH) 8 , топаз Al 2 (SiO 4 )F 2 . Многие важные промышленные материалы — керамика, кирпич, цемент, бетон, огнеупоры, стекло — в основном состоят из силикатов.

Л. Ж. Тенар.

ТЕНАР (Thenard) Луи Жак (1777-1857), французский химик, иностранный почетный член Петербургской АН (1826). Открыл бор (1808, совместно с Ж. Гей-Люссаком), пероксид водорода (1818).

Сент-Клер Девиль

СЕНТ-КЛЕР ДЕВИЛЬ (Sainte-Claire Deville) Анри Этьен (1818-81), французский химик, иностранный член-корреспондент Петербургской АН (1869). Разработал первый промышленный способ получения алюминия (1854), методы очистки платины (1855-59), исследовал термическую диссоциацию (с 1857). Приготовил (1872) сплав иридия с платиной, из которого изготовлены международные эталоны метра и килограмма.

Й. Я. Берцелиус

БЕРЦЕЛИУС (Berzelius) Йенс Якоб (1779-1848), шведский химик и минералог, иностранный почетный член Петербургской АН (1820). Открыл церий (1803), селен (1817), торий (1828). Создал (1812-19) электрохимическую теорию химического сродства, на ее основе построил классификацию элементов, соединений и минералов. Определил (1807-18) атомные массы 45 элементов, ввел (1814) современные химические знаки элементов. Предложил термин «катализ».

Ж. Л. Гей-Люссак

ГЕЙ-ЛЮССАК (Gay-Lussac) Жозеф Луи (1778-1850), французский химик и физик, иностранный почетный член Петербургской АН (1829). Открыл газовые законы, названные его именем. Открыл бор (1808, совместно с Л. Тенаром). Получил (1811) безводную синильную кислоту и исследовал (1815) ее количественный состав, открыл (1815) дициан. Построил первые диаграммы растворимости (1819). Усовершенствовал методы элементного и объемного химического анализа, технологию производства серной кислоты (башня Гей-Люссака). Совместно с М. Шеврелем получил (1825) патент на изготовление стеариновых свечей.

Список литературы:

• Фельдман Ф.Г., Рудзитис Г.Е. Химия 8 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. М.: Просвещение, 2008.
• Габриелян О.С. Химия 9 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа, 2008.
• Горковенко М.Ю. Поурочные разработки по химии 9 класс. М.: ВАКО, 2008.
• Князев Д.А. Неорганическая химия: учебник для ВУЗов. М. Дрофа, 2004.