Силіцій Si вперше виділений в вільному стані в 1822 році (Берцеліус, Швеція) при відновленні силіцій тетрафлуориду калієм.

Поширення силіцію в природі. Силіцій – другий елемент за поширеністю в літосфері Землі (16,3% мол.). Знаходиться тільки у вигляді сполук в різних гірських породах і продуктах їх вивітрювання, зокрема у вигляді оксиду і силікатів, з яких на 90% складається земна кора.

Отримання силіцію.

1. Прожарювання суміші кварцу і коксу або кальцій карбіду в електричній печі в невеликих кількостях.
2. З кремнезему алюмотермічним методом.
3. Дуже чисті кристали кремнію вирощують методом зонного плавлення технічного кремнію.

Властивості силіцію. Кремній – має темно-сірий колір зі слабким металевим блиском. Тверда крихка кристалічна речовина.

Силіцій не реагує з кислотами і в розчин не переходить; тільки аморфний силіцій, подрібнений в дуже тонкий порошок, реагує з флуоридною кислотою з утворенням розчинних сполук. Взаємодіє з лугами в гарячому розчині, утворюючи силікати і водень:

Si + 4NaOH = Na₄SiO₄ + 2H₂

Si + 2NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + 2H₂

У присутності порошку міді кремній реагує з монохлорметаном CH₃Cl (аналогічно з монохлоретаном C₂H₅Cl), утворюючи відповідні діалкілдіхлорсілани:

Si + 2CH₃Cl = (CH₃)₂SiCl₂

Діалкілдіхлорсілани здатні частково розкладатися з утворенням моноалкілтріхлорсіланів і тріалкілмонохлорсіланів, наприклад CH₃SiCl₃, (CH₃)₃SiCl. Ці сполуки є проміжними продуктами у виробництві силіконів.

Застосування силіцію. Технічний кремній використовують для отримання силіконів; особливо чистий кремній – матеріал в напівпровідниковій техніці, мікроелектроніці і у виробництві сонячних батарей. Сплав кремнію з залізом – феросиліцій – використовують як добавку для легування сталей.

Сполуки силіцію

Силіцій(IV) оксид SiO₂, силіцій діоксид (кремнезем)

Поширення силіцій діоксиду в природі. Кристалічний SiO₂ знаходиться в вигляді мінералу кварцу, який є основною складовою частиною гранітів, гнейсів, піщаників і морського піску. Кристали кварцу, часто з фарбуючими його домішками, представлені різними мінералами: гірський кришталь (білий, прозорий), димчастий кварц або раух-топаз (від сірого до коричневого), рожевий кварц, моріон (чорний), аметист (фіолетовий), цитрин (жовтий).

До різновиду кварцу належать водовмісні мінерали: опал, халцедон (агат, карнеол, яшма) і кремінь.

Силіцій діоксид входить в осадочную гірську породу – кизельгур (діатоміт, інфузорна земля), який складається з опалових панцирів діатомових водоростей.

Кристали SiO₂ містяться в деяких рослинних і тваринних організмах (окремі злаки, очерет, бамбук, крем’янисті губки і водорості).

Отримання силіцій діоксиду. Великі кристали (монокристали) кварцу штучно вирощують гідротермальним методом з водних розчинів SiO₂ при температурі 300-400*С і тиску 100 – 200 МПа.

Властивості силіцій діоксиду. Силіцій діоксид – білий порошок або білі (часто прозорі) кристали. Залежно від виду полиморфної модифікації (кварц, тридиміт, кристобаліт) плавиться в області 1500*С – 1705*С. Розплавлений кремнезем твердне в аморфну ​​стеклоподібну масу (кварцове скло). Реагує силіцій діоксид тільки з флуоридною (плавіковою) кислотою; при нестачі кислоти утворюється силіцій тетрафлуорид SiF₄, а при надлишку – гідроген гексафлуоросиліцій(IV) (гексафлуоридносиліційна кислота) H₂[SiF₆]. З розправленими лугами і з карбонатами лужних елементів при нагріванні силіцій діоксид утворює різні силікати.

Застосування силіцій діоксиду. Чистий кварцовий пісок використовується для виготовлення прозорого кварцового скла і непрозорого плавленого кварцу. Пісок різного ступеня чистоти йде на виробництво звичайного скла, розчинного скла, порцеляни, будівельних розчинів, застосовується як формувальна суміш в металургії і для отримання кремнію. Гірський кришталь – дорогоцінний камінь в ювелірній справі і матеріал для виготовлення оптичних інструментів. Кизельгур використовують як запобіжний і пакувальний матеріал, що володіє хорошою поглинаючою здатністю. Кристали кварцу використовуються в кварцових годинниках, в кварцових резонаторах для отримання ультразвуку (п’єзоелектричні перетворювачі).

Кварцове скло в порівнянні зі звичайним склом розм’якшується при більш високій температурі, стійкіше до великих перепадів температур і до дії різних хімічних реагентів, прозоро для УФ-випромінювання. Кварцове скло використовується для виготовлення спеціального хімічного посуду і різних лабораторних установок, в тому числі УФ-ламп.

Силани – гідрогенні сполуки силіцію, наприклад моносилан SiH₄, дисилан Si₂H₆. За будовою силани відповідають аналогічним алканам. Майже всі силани мало стійкі і самоспалахують на повітрі. Нижчі силани – гази, інші силани – летючі рідини.

Силіциди – сполуки силіцію з металами. Магній силіцид Mg₂Si утворюється при нагріванні SiO₂ (кварцового піску) з порошкоподібним магнієм; при обробці хлоридною кислотою дає силани, які на повітрі відразу ж спалахують.

SiO₂ + 4Mg = 2MgO + Mg₂Si (t < 800*C – сплав)

Mg₂Si + 4HCl = 2MgCl₂ + SiH₄↑ (реакція з розведеною хлоридною кислотою)

SiH₄ + 2O₂ (пов.) = SiO₂ + 2H₂O (моносилан відразу вибухає на повітрі лязкаючими спалахами)

Силіцій тетрафлуорид SiF₄ – безбарвний газ. Утворюється при взаємодії силікатів з фторидною кислотою. При надлишку фторидної кислоти у водному розчині утворюються гексафлуоросилікати(IV) металів. Флуоросилікати натрію, калію, кальцію і барію мало розчинні у воді; їх використовують для просочення деревини проти вогню і гниття, як замутнювачі для емалей. Розчинний у воді амоній гексафлуоросилікат(IV) застосовується для затвердіння і ущільнення вапняних будівельних матеріалів, кальцій гексафлуоросилікат(IV) Ca[SiF₆], який при цьому утворюється, закупорює пори в будівельних каменях і цеглинах.

Силіцій тетрахлорид SiCl₄ – безбарвна рідина з температурою кипіння 57,6*С. У вологому повітрі димить внаслідок повного гідролізу:

SiCl₄ + 2H₂O = SiO₂ + 4HCl

Розкладається у воді і хлоридної кислоті з осадженням гідратованого силіцій діоксиду.

Силіцій монокарбід SiC (карборунд) – дуже тверді, білі, непрозорі кристали, з температурою плавлення понад 2600*С. Технічний продукт забарвлений в сірий колір. Отримують сплавом піску і вугілля в електричній печі. Застосовують як шліфувальний і полірувальний засіб, а також для виготовлення матеріалу з електричним опором (силітові стрижні).

Силікони – кремнійорганічні полімери, що складаються з ланцюгів

-Si^+IV-O-Si^+IV-O-

а також більш складних структур (тривимірні сітки); бічні зв’язки атомів силіцію насичені органічними залишками (алкільними і ін. групами).

---