Tính chất hóa học của silic - Điều chế và ứng dụng

Tổng hợp “Tính chất hóa học của silic - Điều chế và ứng dụng” đầy đủ và chi tiết nhất, là tài liệu ôn tập bổ ích, chúc các em học tập tốt.

Trạng thái tự nhiên của silic

- Silic là nguyên tố phổ biến thứ 2 trong thiên nhiên chỉ sau oxi chiếm khoảng ¼ (25,7%) khối lượng trái đất.

- Trong thiên nhiên, silic không tồn tại ở dạng đơn chất mà chỉ tồn tại ở dạng hợp chất. các hợp chất của silic đều tồn tại nhiều là cát trắn, đất sét.

Tính chất vật lí silic

- Tính chất vật lý của Silic khi ở dạng tinh thể sẽ có màu sắc tự nhiên là xám ánh kim, tuy là một nguyên tố trơ nhưng nó vẫn xảy ra các phản ứng hóa học với các chất kiềm loãng và halogen, nhưng bạn nên biết một điều là phần lớn các axit không thể tác dụng với nó. Tinh thể silic rất khó tìm thấy trong tự nhiên, thông thường chúng sẽ tồn tại trong dạng SiO₂. 

- Nếu muốn tìm thấy các tinh thể silic nguyên chất thì nó có ở trong vàng hoặc trong dung nham núi lửa và có hệ số kháng nhiệt âm. Đặc biệt, nguyên tố này truyền khoảng 90% các bước tia sóng hồng ngoại. 

Vị trí silic

- Kí hiệu: Si

- Cấu hình electron: 1s²2s²2p⁶3s²3p² hay [Ne]3s²3p²

- Số hiệu nguyên tử: Z = 14

- Khối lượng nguyên tử: 28

- Vị trí trong bảng tuần hoàn:

+ Ô, nhóm: ô số 14, nhóm IVA

+ Chu kì: 3

Đồng vị: Silic có 3 đồng vị bền là 2814Si , 2914Si và 3014Si

Độ âm điện: 1,90

Tính chất hóa học

4.1. Tính khử

 a. Tác dụng với phi kim:                      

Si + 2F₂ → SiF₄ (phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thường)

Si + 2O₂ → SiO₂ (400 - 600⁰C)

 b. Tác dụng với hợp chất:

  - Si tan dễ dàng trong dung dịch kiềm → H₂            

Si + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + 2H_2­

 - Si tác dụng với axit                                                 

4HNO₃ + 18HF + 3Si → 3H₂SiF₆ + 4NO + 8H₂O

 4.2. Tính oxi hóa

 - Si tác dụng được với nhiều kim loại ở nhiệt độ cao → silixua kim loại.      

2Mg + Si → Mg₂Si

5. Điều chế và ứng dụng

5.1. Điều chế

SiO₂ + C Than cốc → 2CO + Si (1800⁰C)

SiO₂ + 2Mg → 2MgO + Si (có thể thay Mg bằng Al)

SiCl₄ + 2Zn → Si + 2ZnCl₂

SiH₄ → Si + 2H₂ (t⁰)

 5.2. Ứng dụng

 - Silic được dùng làm chất bán dẫn trong kỹ thuật vô tuyến điện, chế tạo pin mặt trời: biến năng lượng ánh sáng thành điện năng cung cấp cho tàu vũ trụ.

Các hợp chất quan trọng của silic

a. SiO₂ (Silic đioxit)

- Silic đioxit là hợp chất có công thức hóa học là SiO₂, còn được biết đến với các tên gọi là silic dioxt, silica. 

- Đây là một oxit của silic, có độ cứng cao, phân tử của nó không tồn tại ở dạng đơn lẻ mà liên kết lại với nhau tạo thành phân tử rất lớn, tồn tại ở hai dạng là dạng tinh thể và vô định hình. 

- Phần lớn chúng tổng hợp nhân tạo đều được tạo ra ở dạng bột hoặc keo sẽ có cấu trúc vô định hình, còn nếu được tạo ra ở áp suất cũng như nhiệt độ cao thì có cấu trúc tinh thể.

b. H₂SiO₃ (Axit silixic)

H₂SiO₃ là hợp chất ở dạng keo, dễ bị mất nước khi tác dụng với nhiệt độ cao và không tan trong nước. Khi sấy khô, những axit silixic bị mất nước sẽ tạo thành những miếng xốp silicage có khả năng hấp thụ vô cùng mạnh nên được ứng dụng để vật dụng hút ẩm trong các thùng đựng hàng hóa. 

H₂SiO₃  → H₂O + SiO₂ điều kiện: (t0)

H₂SiO₃  tan nhanh chóng trong dung dịch kiềm tạo nên dung dịch muối silicat của kim loại kiềm.

H₂SiO₃  + 2NaOH → Na₂SiO₃ + 2H₂O

Vì là một axit yếu nên H2SiO3 dễ bị khi cacbon tách ra khỏi dung dịch muối silicat.

Na₂SiO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂SiO₃ 

Na₂SiO₃ + CO2 + H₂O → H₂SiO₃  + Na₂CO₃

SiCl₄ + 3H₂O → H₂SiO₃  + 4HCl

c. Muối silicat

Là muối của axit silicic thường không màu, khó tan (trừ muối kim loại kiềm tan được).

– Dung dịch đậm đặc của Na₂SiO₃ được gọi là thủy tinh lỏng được dùng để chế tạo keo dán thủy tinh và sứ, bảo quản vải và gỗ khỏi bị cháy. Trong dung dịch, silicat của kim loại kiềm bị thủy phân mạnh tạo môi trường bazơ:

Na₂SiO₃ + 2H₂O → 2Na⁺ + 2OH^‑ + H₂SiO₃ 

Các hợp chất silicat bao gồm các anion silicat được cân bằng điện tích bởi nhiều cation khác nhau. Có vô số các ion silicat có thể tồn tại và tạo thành hợp chất với nhiều cation khác nhau. Do đó nhóm hợp chất silicat rất lớn, trong đó kể cả các khoáng vật tự nhiên và nhân tạo.

Khoáng vật silicat là lớp khoáng vật lớn nhất và quan trọng nhất trong các lớp khoáng vật tạo đá, chiếm khoảng 90% vỏ Trái Đất. Đặc trưng của lớp khoáng vật này là cấu trúc của gốc silicat. Các khoáng vật silicat đều chứa silic và oxy.