Валентность кремния - основные валентные возможности и степени окисления

Общие сведения

Вещество является элементом четырнадцатой группы третьего периода системы химических элементов, атомное число равно 14. Электронное строение, которое влияет на степень окисления кремния, отражается конфигурацией в виде подуровней 1S² 2S² 2P⁶ 3S² 3P². На внешнем орбитальном уровне находятся 4 электрона. Соответственно, максимальная валентность кремния составляет 4. Проявляет следующие степени окисления:

• Si+4e=Si^-4 проявляет свойства окислителя;
• Si+2e=Si^+2 становится восстановителем;
• Si-4e=Si⁴ также имеет восстановительные свойства.

Элемент является типичным неметаллом. Силициум в зависимости от превращения может проявлять свойства как окислителя, так и восстановителя. Для SiO2 степень окисления также зависит от реакции, в которой он участвует.

Модификации и нахождение

Различают аморфный и кристаллический кремний. Первая аллотропная модификация представлена в виде бурого порошка. Структура разупорядоченная, напоминает алмаз. Обладает сильной способностью к реакции. Твердый силициум имеет темно-серый оттенок с металлическим блеском. Структура кубическая, по способности к реагированию проявляет минимальный эффект.

В свободной форме силициум и SiO3 (участие кислорода) не встречается, представлен только в виде соединений. Наиболее устойчив в состоянии оксида кремния или кремнезема. В природе встречается в виде песка и таких минералов, как кварц и горный хрусталь.

Важно отметить, что неметалл входит в состав как камней в виде аметиста и яшмы, так и минералов. Основными группами являются силикаты и алюмосиликаты — это полевые шпаты, глины, слюда и другие компоненты, какие можно встретить в природе.

Способы получения и свойства

Кремний используется для создания различных полупроводниковых элементов (включая солнечные батареи), сплавов, восстановления металлов. Способы получения высоких и низких вариантов кремния:

1. Лабораторный метод заключается в восстановлении кремнезема магнием или алюминием. Формула такого процесса: SiO2+2Mg = Si+2MgO и 3SiO2+4Al = 3Si+2Al2O3.
2. В промышленности используют кокс как материал восстановления: SiO2+2C=Si+2CO. Кремний в таком случае содержит примеси, так как он может взаимодействовать прямым образом с углеродом и определить карбид кремния.
3. Если необходимо получение чистого силициума, то используют восстановление водородом тетрахлорида кремния при 1200 градусах или термическое разложение силана.

Кремний является темно-серым веществом. Он хрупкий и тугоплавкий, имеет полупроводниковые свойства. При взаимодействии с металлами образуются силициды вида Ca2Si или Mg2Si. Из-за высокой инертности неметалл взаимодействует только с фтором, проявляя свойства восстановителя. С хлором реакция идет только при нагревании от 400 до 600 градусов.

Создание SiO возможно при нагревании. Когда температура будет равна 2000 °C, образуется карборунд, а если возбудить до 1000 °C, то можно получить нитрид кремния. Непосредственного контакта с водородом не имеется, получение силана возможно только косвенными путями.

Что касается сложных веществ, то силициум очень устойчив к воздействию кислот, в такой среде он может занимать пространство пленкой оксида. Взаимодействие становится возможным только со смесью двух кислот — плавиковой и азотной. Со щелочами идет активная реакция, в которой проявляются слабокислые свойства. Галогеноводородные кислоты помогают образовать галогениды силициума.

Это основные химические свойства, которые наблюдаются у силициума. Он проявляет разные степени валентности, в зависимости от степени окисления и соединений.

Элемент активно используют в полупроводниковых элементах и других областях электроники. Можно добыть как в лабораторных, так и в промышленных условиях с применением высоких температур и катализаторов. Важно внимательно рассмотреть взаимодействие с металлами и кислотами, так как они влияют на степень окисления и валентные электроны.