Кремний

Кремний, Si, химия, элемент IV группы периодической системы,аналог углерода, ат. вес 28,06, ат. номер 14, валентность 4. Число изотопов 3, с ат. в 28, 29 и 30.

Физические свойства. Аморфный К.—коричневый, нерастворимый в воде порошок, очень гигроскопичный и отдающий адсорбированную воду лишь при 1° красного каления. При растворении в расплавленном А1 К. переходит в кристаллическую модификацию. Кристаллический кремний— темные, с металлиЧ. блеском, непрозрачные октаэдры и листочки, похожие на графит. Сжимаемость К. 0,31 · 10“⁶ сж²/кз. Кристаллический кремний проводит ток, как графит. Твердость К. по Мосу 7. Уд. магнитная восприимчивость К.^при 16°=0,01 · 10^_6. Удельный вес: кристаллического К. 2,34—2,49, графитоподобного 2,00 и аморфного К. 2,35; /%,. (98,12% Si, 0,4% Fe, 0,4% Ai) 1 404°. Коэфициент линейн. расширения β при 40° 0,00000763. Уд. теплоемкость при 24° 0,1712 (кристаллическ. К.), при 27° 0,1796 (аморфного). Спектр кремния имеет большое число линий, важнейшие из которых лежат в ультрафиолетовой части спектра.

Химические свойства. Кремний дает соединения типа Si0₂ и SiX₄, где X— одновалентный элемент. Нормальный окисел К. Si0₂ имеет амфотерный характер с преобладанием кислотных свойств. К. образует многочисленные комплексные соединения, в которых максимальное координационное число его равно 6; таковы наир, производные кремнефтористоводородной кислоты, H₂SiF„.

. Химич. активность К. очень велика. Аморфный К. относительно трудно сгорает в воздухе, но легко в кислороде. При ί° ярко-красного каления горение сопровождается пламенем. Жидкий фтор на К. не действует; с газообразным фтором К. соединяется при обыкновенной ί°, с С1₂—при 450°, с Вг₂— при 500°, с J₂—при более высокой ί° и без вспышки. При избытке галоида получаются соединения типа SiX₄; в других условиях возможны и иные соединения (смотрите ниже). С серой кремний соединяется при 600°, образуя белый кристаллич. сульфид SiS₂; с N₂при 1 000° получается нитрид SiN; Р и As на К. не действуют. С углеродом К. дает в элек-трич. печи Si С—карбид К. (смотрите Карборунд)·, в этих же условиях Si соединяется с В и Ti.

С Н₂ при высокой 1° образуются частично гидриды—силан, SiH₄, идр. HF легко реагирует с Si и в газообразном и в жидком состоянии (но не в растворах); НС1, НВг и HJ действуют при начинающемся красном калении; H₂S не действует и при 400—500°; Н₂0 разлагается кремнием при слабокрасном калении, выделяя Н₂ и образуя Si0₂, Si0₂ не восстанавливается и при t° 1 000°.

Р₂0₅ при красном калении энергично восстанавливается до фосфора. As₂0₅ и Sb₂0₂реагируют аналогично. N₂0 и NO медленно реагируют при 800°, с образованием нитрида и окиси К. С0₂ восстанавливается при 800—1 000° до СО; СО не реагирует и при 1 100°. В₂0₃ кремнием не восстанавливается. В мет кремний легко растворяется (исключение представляют щелочные металлы, кроме Li), образуя силициды. Водные растворы к-т, а также и концентрированная плавиковая кислотапри100° недействуют (за исключением смеси дымящей азотной и плавиковой к-т). При сплавлении К. с твердым NaOH образуются Na₂Si0₃ и Н₂; реакция сопровождается пламенем. Водный раствор· NaOH также реагирует с К. с выделением Н₂ и образованием силиката.

Кристаллич. К. по сравнению с аморфным обладает большей химич. инертностью. Из металлов щелочные (кроме Li) не дают с К. соединений; щелочноземельные, а также Mg, Be, Μη, Си, Fe, Ni, Co, Pt, Cr, Mo, W, V, Sb, Bi, Ce дают силициды; Zn, AI, Sn, Pb, Cd, Au, Ag, Hg не образуют с кремнием определенных соединений, но растворяют большие количества его при высоких ί° и выделяют обратно при охлаждении. Особенно характерна растворимость К. в Pb, Zn и Ag.

Кремний принадлежит к числу наиболее· распространенных в природе элементов (2-е· место после кислорода); в соединении с кислородом он образует кремневый ангидрид, кремнезем, Si0₂, входящий в состав большинства минералов земной коры; карбид К. был найден Муассаном в метеоритах.

Получен и еК. Для получения_аморф-ного К. обычно восстанавливают Si0₂ (мелкий кварцевый песок) магнием, цинком или алюминием либо действуют на галоидные соединения К. щелочными металлами. Растворяя избыточный металл (Mg, Zn и А1) и его окись в соляной кислоте или обрабатывая продукт реакции (с Na, К) водой, получают К. в виде нерастворимого коричневого порошка. Более чистый аморфный К. получается при замене песка осажденным кремневым ангидридом. Для получения кристаллич. К. сплавляют фторос-иликат щелочного металла (Na₂SiF„ или K₂SiF₆) с алюминием или цинком; охлажденный плав обрабатывают соляной и плавиковой кислотами и получают хорошо образованные октаэдры К. В технике для получения кремния подвергают Si0₂ в смеси с углем нагреванию в графитовом тигле в электрич. печи. По методу завода Carborundum Gesellschaft Niagarafalls К. получают, нагревая в электрич. печи слой измельченного кварцевого песка, покрытый слоем смеси из 3 ч. карборунда и 4 ч. песка:

2SiC+Si0₂=3Si+2C0.

Получаемый продукт содержит ок. 97% Si (остальное Fe и А1).

К. применяется в технике для приготовления сплавов (смотрите Спр. ТЭ, т. II) и для получения водорода действием слабых растворов щелочей по ур-ию:

2Na0H+Si+H₂0=Na₂Si0₃+2H₂;

1 килограмм К. дает теоретически 1 584 л газообразного ВОДОрОДа. Б. Ормонт.

Лит.: см. Кремния.соединения и Сплавы.