Сторінка
8

Р – елементи ІV групи

SiO2 + 2С + 2С12 = SiCl4 + 2C0|

або хлоруванням технічного силіцію. Хлорид силіцію — це рідина, що кипить при 57° С.

При дії води хлорид силіцію повністю гідролізується з утворен­ням силікатної і хлоридної кислот:

SiCl4 + ЗН2О = H2Si03 + 4HC1.

Внаслідок цієї реакції при випаровуванні SiCl4 у вологому повітрі утворюється густий дим. Хлорид силіцію застосовують для синтезу силіційорганічних сполук.

Фторид силіцію SiF4 утворюється при взаємодії фтороводню з діоксидом силіцію:

SiO2 + 4HF = SiF4| + 2H2O

Це — безбарвний газ з різким запахом.

Як і SiCl4 у водних розчинах SiF4 гідролізується:

SiF4 + ЗН2О = H2Si03 + 4HF.

Фтороводень, що при цьому утворюється, взаємодіє з SiF4. При цьому утворюється гексафторосилікатна (або силіцієфтористоводнева) кислота H2SiF6

SiF4 + 2HF = H2SiF6.

Сумарний процес виражається рівнянням:

3SiF4 + ЗН2О = 2H2SiF6 + H2Si03.

За силою гексафторосилікатна кислота наближається до сульфатної. Солі її — силіцієфториди, або фторосилікати, зде­більшого розчиняються у воді; малорозчин­ними є солі натрію, калію, рубідію, цезію, практично нерозчинна сіль барію. Сама кислота і всі фторосилікати отруйні.

Фторосилікат натрію Na2SiF6 застосо­вують як інсектицид; він також входить до складу сумішей для виробництва цементів та емалей. Розчинні фторосилікати магнію, цинку, алюмінію застосовують у будівницт­ві. Ці речовини роблять поверхню будівель­ного каменя — вапняку, мармуру — водо­непроникною. Така їх дія пояснюється ут­воренням малорозчинних фторидів і крем­незему.

Діоксид силіцію. Найстійкішою сполукою силіцію є діоксид силіцію, або

кремнезем, SiO2. Він трапляється у природі в кристалічному і аморф­ному стані.

Кристалічний діоксид силіцію трапляється головним чином у вигляді мінералу кварцу. Прозорі, безбарвні кристали кварцу, що мають форму шестигранних призм з шестигранними пірамідами на кінцях, називаються гірським кришталем Гірський криш­таль, забарвлений домішками в ліловий колір, називається аметис­том, а в буруватий — димчастим топазом. Але частіше кварц трап­ляється у вигляді суцільних напівпрозорих мас, безбарвних або за­барвлених у різні кольори. Однією з різновидностей кварцу є кремінь.

До дрібнокристалічних різновидностей кварцу належать агат і яшма. Кварц входить також до складу багатьох складних гірських порід, наприклад граніту і гнейсу.

З дрібних зерен кварцу складається звичайний пісок. Чистий пі­сок має білий колір, але частіше він буває забарвлений сполуками заліза в жовтий або червонуватий колір.

Кристалічний діоксид силіцію дуже твердий, не розчиняється у воді, плавиться близько 1610° С, перетворюючись у безбарвну рідину. Після охолодження цієї рідини утворюється прозора скловидна маса аморфного діоксиду силіцію, на вигляд схожа на скло.

Аморфний діоксид силіцію поширений у природі значно менше, ніж кристалічний. На дні морів є відклади тонкого пористого аморф­ного кремнезему, що називається трепелом, або кізельгуром. Ці від­клади утворилися з SiO2, що входив до складу організмів діатомових водоростей і деяких інфузорій.

Кислоти, за винятком плавикової, не. діють на діоксид силіцію. Плавикова кислота легко вступає з ним у реакцію, утворюючи фторид силіцію і воду. Кремнезем у вигляді піску широко застосовують і в будівництві, для виготовлення скла, кераміки, цементу, абразивів. Особлива галузь застосування кварцу пов'я­зана з тим, що він здатний деформуватися під дією електричного поля.

Цю властивість кристалів кварцу використовують у звукозаписуючій і звуковідтворюючій апаратурі і для генерації ультразвукових коливань.

Силікатні кислоти та їхні солі. Діоксид силіцію — кислот­ний оксид. Йому відповідають слабкі малорозчинні у воді силікатних кислоти. їх можна подати загальною формулою nSiO2 • mH20. У віль­ному стані виділено ортосилікатну H4Si04, метасилікатна (або силікатну) H2SiO3 і кілька інших кислот. Метасилікатна кислота досить легко утворює перенасичені розчини, у яких вона поступово полімеризується і переходить у колоїдний стан. За допомогою стабілізато­рів можна добути стійкі золі силікатної кислоти високої концентрації. Ці розчини застосовують у деяких виробництвах, наприклад для виготовлення паперу, обробки води. Якщо немає стабілізаторів, то золь силікатної кислоти переходить у гель. Коли висушити його, то утворюється пористий продукт (силікагель), що застосовуєтеся як осушувач та адсорбент.

Солі силікатних кислот — силікати — здебільшого у воді не розчиняються; розчиняються лише силікати натрію і калію. Вони утворюються у процесі сплавляння діоксиду силіцію з їдкими лугами або карбонатами калію і натрію, наприклад:

SiO2 + 2NaOH = Na2Si03 + H2O;

SiO2 + K2CO3 = K2Si08 + CO2|.

Завдяки зовнішній подібності до скла і розчинності у воді силі­кати натрію і калію дістали назву розчинного скла.

Розчинне скло у вигляді водних розчинів, що називаються рідким склом, застосовують для виготовлення кислототривкого цементу і бетону, газонепроникних штукатурок по бетону, для про­сочування тканин, виготовлення вогнезахисних фарб по дереву, для хімічного зміцнення слабких грунтів.

У розчинах Na2Si08Ta K2Si03 сильно гідролізовані: ці розчини мають лужну реакцію.

Наприклад, СаСО3 можна розглядати як сполуку СаО і CO2, A12(SO4)3 —як сполуку А12О3 і 3SO3 і т. д. На цій підставі при зобра­женні складу силікатів звичайно пишуть окремо формули діоксиду силіцію і всіх оксидів, що утворюють силікат, сполучаючи їх крап­ками.

Як уже зазначалося, силікати, що містять алюміній, називаються алюмосилікатами. Найважливішими з них є польові шпати.

До складу польових шпатів, крім оксидів силіцію й алюмінію, входять оксиди калію, натрію або кальцію. Звичайний польовий шпат, або ортоклаз, містить оксид калію; його склад виражається фор­мулою К2О • А12О3 • 6SiO2. Колір польових шпатів здебільшого бу­ває білий або червоний. Польові шпати трапляються в природі у ви­гляді суцільних покладів і в складі гірських порід.

До алюмосилікатів належать також слюди, які можна розко­лювати на тонкі, гнучкі листочки. Слюди мають складну будову і по­ряд з силіцієм та алюмінієм містять гідроген, калій або натрій; до складу деяких слюд входять також кальцій, магній і ферум. Звичайна біла слюда, великі прозорі пластинки якої внаслідок їхньої тугоплавкості часто застосовують для закривання отворів у різних печах, є силі­катом калію та алюмінію. Слюди, що містять велику кількість феруму і магнію, мають чорний колір. Окремо слюди зустрічаються не часто, але вони входять до складу багатьох гірських порід. З кристалів квар­цу, польового шпату і слюди складаються найпоширеніші складні гірські породи — граніти і гнейси.