Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Křemík Výskyt křemíku: Výroba křemíku: 27, 2 %, křemen SiO 2 a křemičitany SiO 2 + C (+ Fe)  (Si,Fe) + 2 CO ferrosilicium (“technický křemík”) v elektrické.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Křemík Výskyt křemíku: Výroba křemíku: 27, 2 %, křemen SiO 2 a křemičitany SiO 2 + C (+ Fe)  (Si,Fe) + 2 CO ferrosilicium (“technický křemík”) v elektrické."— Transkript prezentace:

1 Křemík Výskyt křemíku: Výroba křemíku: 27, 2 %, křemen SiO 2 a křemičitany SiO 2 + C (+ Fe)  (Si,Fe) + 2 CO ferrosilicium (“technický křemík”) v elektrické peci výroba čistého SiCl 4 – čistí se destilací, redukce vodíkem v žáru termický nebo rozklad SiH 4 redukce SiCl 4 hořčíkem exotermní reakcí Na 2 SiF Na → Si + 6 NaF Výroba čistého křemíku:

2 extrémně čistý křemík (čistoty 99,99 % pro elektrotechnické účely) se získává z velmi čistého křemíku tzv. zonální tavbou Výroba extrémně čistého křemíku:

3 Vlastnosti křemíku  elektronová konfigurace 3s 2 p x 1 p y 1 + volné d-orbitaly  vazebné i chemické vlastnosti obou prvků se proto podstatně liší  tvorba kovalentních sloučenin  energie vazby Si—Si i Si—H podstatně nižší než energie vazby C—C či C—H  křemíková analoga organických sloučenin jsou nestálá  energie vazby Si—O je vyšší než u vazby C—O  sloučeniny s vazbami Si—O nebo Si—O—Si jsou pro křemík charakteristické  křemík nevytváří π p vazby, chybí tedy všechna analoga olefinů, acetylenů, tuhy, aromatických aj. sloučenin  křemíkový atom má neobsazené 3d orbitaly. Těmi je schopen vytvářet jak σ-vazby, tak π pd interakce  značné důsledky pro strukturu i reaktivitu řady křemíkových sloučenin.

4 Vazebné možnosti křemíku Typ hybridizaceTyp vazbyPříklad sp 3 4σ4σSiH 4, (CH 3 ) 4 Si 4σ + 2π d delok.SiO 4 4-, SiF 4, SiCl 4 sp 3 d 2 6σ6σSiF 6 2-  Čistý křemík je šedá krystalická látka krystalizující krychlově se strukturou typu diamantu (vzdálenost Si—Si je 235 pm).  Je velmi tvrdý, ale křehký.  Chemicky není příliš reaktivní, řada reakcí probíhá až za zvýšené teploty. Reaktivita křemíku

5 Chemické chování křemíku Přímé reakce křemíku Je prakticky nerozpustný ve všech kyselinách, mimo kyseliny fluorovodíkové. V louzích se rozpouští na křemičitany:

6 Sloučeniny křemíku - silany Silany – binární sloučeniny křemíku s vodíkem Na rozdíl od alkanů jsou vysoce reaktivní (malá energie vazby Si—Si a Si—H) – jsou samozápalné a citlivé na vlhkost. t. tání ( o C)t.varu ( o C)hustota 10 3 kg m -3 /( o C) SiH ,68 / -186 Si 2 H ,686 / -25 Si 3 H ,725 / 0 Si 4 H ,82 / 0 Výroba silanů a jejich chloroderivátů: SiH O 2 → SiO H 2 O

7 Sloučeniny křemíku - silicidy Silicidy (připomínají karbidy jen částečně)  Pouze některé mají stechiometrické složení, např. Mg 2 Si  Většina silicidů má charakter intermetalických slitin.  Bývají složité, často obsahují řetězce či prostorové síťoví, kde vzdálenosti Si—Si jsou blízké délce vazby Si—Si (Mo 3 Si, U 3 Si 2, USi 2, CaSi 2, BaSi 3).  Chemicky bývají značně odolné.  Příprava vychází buď z přímého slučování, nebo z redukce SiO 2 nadbytkem kovu.

8 Sloučeniny křemíku – karbid a nitrid Karbid křemíku SiC (“karborundum”) v elektrické peci Nitrid křemíku Si 3 N 4 Velmi tvrdý materiál (má strukturu diamantu) brusné materiály Nitrid křemíku má při použití na keramiku podobné vlastnosti jako karbid křemíku a může být použit v týchž oborech. Prášek Si 3 N 4 se vyrábí termicky reakcí elementárního křemíku s plynným dusíkem při C, : 3 Si + 2 N 2 = Si 3 N 4

9 Sloučeniny křemíku – sulfid Má odlišnou strukturu, není ze stereochemického hlediska obdobou oxidu. Na rozdíl od kyslíku je síra schopna více deformovat vazebné úhly (při zachování hybridizace křemíku sp 3 Si + 2 S SiS 2 SiS 2 citlivý na vlhkost, vodou se rozkládá: řetězce SiS 4 tetraedrů, majících společnou hranu Sulfid křemičitý Výroba: Vlastnosti: SiS H 2 O → SiO H 2 S

10 Sloučeniny křemíku - halogenidy (formálně je lze považovat za halogenderiváty silanů ) SiX 4 SinX 2n+2 (n je pro F = 14, Cl = 6, Br, I = 2) SiF 4 bezb. plyn t. v. – 95 °C SiCl 4 bezb. kapalina t. v. 57 °C SiBr 4 bezb. kapalina t. v. 153 °C SiI 4 bezb. krystaly t. t. 120 °C SiCl 4 (SiCl 2 ) n

11 Si + 2 X 2 → SiX 4 SiO C + 2 Cl 2 SiCl CO SiO HF SiF H 2 O Sloučeniny křemíku - halogenidy Příprava a výroba podstata leptání skla fluorovodíkem Reakce halogenidů křemíku hydrolýzu umožňuje přítomnost d- orbitalů  CCl 4 nehydrolyzuje SiCl H 2 O  SiO HCl

12 SiF HF H 2 [SiF 6 ]  Kyselina hexafluorokřemičitá je stálá do koncentrace asi 13 %, stálé jsou její soli.  Je velmi silnou kyselinou.  Anion [SiF 6 ] 2- má oktaedrickou strukturu, atom křemíku má hybridizaci sp 3 d 2. Kyselina hexafluorokřemičitá

13 Alkylové a arylové sloučeniny křemíku  Formálně tyto sloučeniny odvozujeme náhradou vodíků v silanech alkylem či arylem.  Jsou mnohem stálejší, nejsou samozápalné.  Kovalentní sloučeniny, rozpustné v nepolárních rozpouštědlech SiCl CH 3 MgCl → (CH 3 ) 3 SiCl + 3 MgCl 2 Výroba (z halogenidů křemičitých pomocí Grignardových činidel) Alkyl- a arylsilany Reakce ( CH 3 ) 3 SiCl + H 2 O → HCl + (CH 3 ) 3 SiOH (trimethylsilanol) 2 (CH 3 ) 3 SiOH → H 2 O + (CH 3 ) 3 Si-O-Si(CH 3 ) 3 (“siloxan”) hexamethyldisiloxan (HMDSO)

14 Alkylové a arylové sloučeniny křemíku - siloxany Siloxany (silikony) alkysilan produkt hydrolýzyprodukt kondenzace RSiCl 3 RSi(OH) 3 R 2 SiCl 2 R 2 Si(OH) 2 R 3 SiClR 3 Si(OH) R 3 Si – O - SiR 3

15 Alkylové a arylové sloučeniny křemíku - silazany Silazany Tyto sloučeniny vznikají podobně jako analogické kyslíkaté deriváty. K reakci s halogenidy křemičitými však byly použity sloučeniny obsahující amino- skupinu, tedy organické aminy apod. Obsahují vazebné seskupení:

16 Vhodnou kombinací mono-, di- a trihalogenalkylsilanů, dále volbou alkylu a solvolytických podmínek lze ovlivnit nejen molekulovou hmotnost, ale i fyzikální vlastnosti vznikajícího technického silikonu nebo silazanu. Silikony a silazany jsou (podle struktury) kapaliny, oleje, příp. pryskyřice, velmi tepelně odolné, vodou nesmáčivé (hydrofobní), elektricky i tepelně nevodivé. Alkylové a arylové sloučeniny křemíku - vlastnosti a použití Vlastnosti silikonů a silazanů  silokonová mazadla, silikonové oleje  izolátory  pryže (silikonový kaučuk)  hydrofobizující kapaliny pro sanaci staveb (Lukofob)  hydrofobizující kapaliny pro konzervování předmětů kulturního dědictví Použití silikonů a silazanů

17 Kyslíkaté sloučeniny křemíku – oxidy Oxid křemičitý SiO 2 vzniká za vysokých teplot, není stálý a snadno se oxiduje (na vzduchu hoří) na oxid křemičitý. Oxidu křemnatý SiO  Svými vlastnostmi diametrálně liší od CO 2.  Atom křemíku má hybridizaci sp 3, je tedy ve středu tetraedru, jehož vrcholy tvoří můstkové kyslíkové atomy.  Struktura SiO 2 je tedy makromolekulární (každý krystal představuje jedinou molekulu), při čemž tetraedry SiO 4 jsou vzájemně propojeny svými vrcholy.  Dva sousední tetraedry mají společný vždy jen jeden kyslíkový atom.  Uspořádání tetraedrů SiO 4 umožňuje existenci tří krystalových modifikací oxidu křemičitého: křemen, tridymit a cristobalit.  Každá z těchto modifikací může existovat ve dvou formách, nízkoteplotní α a vysokoteplotní β, které zachovávají typ vzájemného spojování tetraedrů v prostoru, liší se malými rozdíly v geometrickém umístění tetraedrů.

18

19 Použití: Technický oxid křemičitý (písek) slouží k výrobě skla a ve stavebnictví. Výroba křemenného skla  Všechny formy SiO 2 jsou chemicky neobyčejně odolné (viz energie vazby Si-O).  Redukuje se uhlíkem či Mg, eventuálně Al, za vysokých teplot.  SiO 2 reaguje pouze s HF a s alkalickými hydroxidy či uhličitany, štěpí se vazby Si—O—Si, vazby Si—O však zůstávají zachovány. Vlastnosti oxidu křemičitého SiO NaOH → Na 2 SiO 3 + H 2 O SiO 2 + Na 2 CO 3 → Na 2 SiO 3 + CO 2

20 Kyslíkaté sloučeniny křemíku – oxidy Křemenné sklo  Roztavením a rychlým ochlazením dochází u křemene k zborcení krystalové struktury a náhodnému pospojování tetraedrů SiO 4 za vzniku křemenného skla.  Na rozdíl od zákonité krystalové stavby křemene (nebo tridymitu či cristobalitu) vzniká sklovitá amorfní látka, mající některé pro praktické účely velmi výhodné vlastnosti (nízký koeficient roztažnosti, vysokou teplotu tání, propustnost pro UV oblast spektra).  Dlouhodobým zahříváním (temperováním) skla blízko teploty tání dochází k tvorbě zárodečných krystalů, sklo se „rozesklívá“. Použití křemenného skla:  výroba součástí křemenných aparatur,  kyvety pro UV spektroskopii  křemenné baňky pro zdroje UV světla apod.

21 V přírodě se nachází celá řada krystalických i amorfních, bezvodých i částečně hydratovaných minerálů SiO 2. Některé slouží jako polodrahokamy v klenotnictví ZáhnědaChalcedon růženínAchát AmetystOpál

22 KŘEMEN Křišťál Chemické zloženie: SiO 2 Tvrdosť: 7Tvrdosť Vryp: bielyVryp Farba: bezfarebná, biela, šedá, hnedá, čierna, fialová, zelenkavá, modrastá, žltá, ružováFarba Priehľadnosť: priehľadná, priesvitná až nepriesvitnáPriehľadnosť Lesk: sklený, matnýLesk Štiepateľnosť: nedokonaláŠtiepateľnosť Lom: lastúrnatýLom Kryštalografická sústava: trigonálna alebo hexagonálnaKryštalografická sústava

23 OPÁL Chemické zloženie: SiO 2. n H 2 O Tvrdosť: 5,5 – 6,6Tvrdosť Vryp: bielyVryp Farba: biela, žltá, červená, hnedá, zelená, modrá, čiernaFarba Priehľadnosť: priehľadná, priesvitná až nepriesvitnáPriehľadnosť Lesk: sklený, matný, mastný, voskovýLesk Štiepateľnosť: chýbaŠtiepateľnosť Lom: lastúrnatý, nerovnýLom Kryštalografická sústava: je amorfnýKryštalografická sústava

24 Kyslíkaté sloučeniny křemíku – kyselina křemičitá Kyselina křemičitá kyselina metakřemičitákyselina orthokřemičitá opravit vzorec – je tam kys. uhličitá velmi slabá kyselina pK  12 Kyselinu křemičitou je možno ze křemičitanů uvolnit okyselením. Není stálá, v kyselém prostředí dochází snadno ke kondenzačním reakcím, nekontrolované tvorbě vazeb Si—O—Si a vzniku amorfních gelů polymerních kyselin křemičitých.

25  Rosolovité gely kyseliny křemičité obsahují velké množství vody, kterou je možno zahřátím vypudit.  Tímto způsobem je možno připravit téměř bezvodý amorfní silikagel SiO 2.  Vysoce neuspořádaná struktura náhodně pospojovaných tetraedrů SiO 4 má velký povrch, a proto vykazuje bohaté možnosti absorpce vody, různých plynů atd.  Tento jev se prakticky využívá, protože termické uvolňování adsorbované vody či plynů je vratné. Kyslíkaté sloučeniny křemíku – silikagel Praktické užití silikagelu: adsorpční materiál pro různé chromatografické kolony Silufol pro tenkovrstevnou chromatografii sušidlo pro exsikátory (na povrch je zpravidla adsorbována kobaltnatá sůl, která jako bezvodá je modrá a hydratovaná jako růžová

26 Kyslíkaté sloučeniny křemíku – alkalické křemičitany “vodní sklo” Alkalické křemičitany - jsou ve vodě rozpustné “nerozpustné” sklo

27 Křemičitany ostatních kovů: (jsou nerozpustné)  Vyznačují se velmi rozmanitou strukturou, která je dána možnostmi uspořádání základních stavebních jednotek – tetraedrů SiO 4  Se sousedními tetraedry se může SiO 4 vázat přes 1, 2, 3 příp. 4 můstky, čímž vzniká řetězová (1, 2 můstky), plošná (3 můstky) nebo prostorová (4 můstky) struktura.  Dva sousední tetraedry se mohou vázat maximálně jedním kyslíkovým můstkem.  Část atomů křemíku v křemičitanové struktuře může být zastoupena některými dvojmocnými (Be, Mg), trojmocnými (B, Al), čtyřmocnými (Ti) ale i pětimocnými (P) prvky Kyslíkaté sloučeniny křemíku – křemičitany

28 Křemičitany s ostrůvkovitou strukturou  olivín (Mg,Fe) 2 SiO 4,  granáty Me 3 II Me 2 III (SiO 4 ) 3, kde Me II = Ca, Mg, Fe a Me III = Al, Cr, Fe  hemimorfit Zn 4 (OH) 2 Si 2 O 7 ∙H 2 O  benitoit BaTiSi 3 O 9  wollastonit α-Ca 3 Si 3 O 9  beryl Be 3 Al 2 Si 6 O 18

29 OLIVÍN Chemické zloženie: (Mg, Fe) 2 [Si O 4 ] Si O 4 Tvrdosť: 6,5 - 7Tvrdosť Vryp: bielyVryp Farba: žltkastozelená, červená, hnedastá, siváFarba

30 GRANÁT Chemické zloženie: A B [SiO 4 ] 3 (všeobecný vzorec) Tvrdosť: 6,5 – 7,5Tvrdosť Vryp: biely alebo svetlých odtieňov (podľa farby granátu)Vryp Farba: bezfarebná, biela, ružová, svetlozelená, hyacintovočervená, červenofialová, tmavočervená, tmavozelená až smaragdovozelená, hnedá, čiernaFarba Priehľadnosť: priesvitná až nepriehľadnáPriehľadnosť Lesk: sklený, mastný, hodvábnyLesk Štiepateľnosť: nedokonaláŠtiepateľnosť Lom: nerovný, lastúrnatýLom Kryštalografická sústava: kubickáKryštalografická sústava

31 TOPAZ Chemické zloženie: Al 2 [F 2 /SiO 4 ] Tvrdosť: 8Tvrdosť Vryp: bielyVryp Farba: bezfarebná, žltá, zlatožltá, ružová, modrastá, červená, fialová, zelená, hnedáFarba Priehľadnosť: priehľadná, priesvitnáPriehľadnosť Lesk: sklenýLesk Štiepateľnosť: dokonaláŠtiepateľnosť Lom: lastúrnatý – nerovnýLom Kryštalografická sústava: rombickáKryštalografická sústava

32 ZIRKON Chemické zloženie: Zr[SiO 4 ] Tvrdosť: 7,5Tvrdosť Vryp: bielyVryp Farba: bezfarebná, biela, ružovožltá, zelená, modrá, hnedá, hnedočervenáFarba Priehľadnosť: priehľadná až priesvitnáPriehľadnosť Lesk: sklený, mastno - diamantovýLesk Štiepateľnosť: nedokonaláŠtiepateľnosť Lom: lastúrovitýLom Kryštalografická sústava: tetragonálnaKryštalografická sústava Výskyt: ČR – České stredohorie

33 BERYL Chemické zloženie: Al 2 Be 3 [Si 6 O 18 ] Tvrdosť: 7,5 – 8Tvrdosť Vryp: bielyVryp Farba: bezfarebná, žltá, žltobiela, zlatožltá žltozelená, ružová, červená, modrastá, zelenomodrá, zelenáFarba Priehľadnosť: priehľadný, priesvitnýPriehľadnosť Lesk: sklený, matnýLesk Štiepateľnosť: nedokonaláŠtiepateľnosť Lom: nerovný, lastúrnatýLom Kryštalografická sústava: hexagonálnaKryštalografická sústava

34 Křemičitany s řetězovitou, resp. pásovou, strukturou Kyslíkaté sloučeniny křemíku – křemičitany

35 AMFIBOL Chemické zloženie: (Ca, Na, K) 2-3 (Mg, Fe 2+, Fe 3+, Al)[OH/(AlSi 3 )O 11 ] 2 Tvrdosť: 5 – 6Tvrdosť Vryp: šedobiely, hnedýVryp Farba: zelenočierna, čiernaFarba Priehľadnosť: priesvitný, nepriehľadnýPriehľadnosť Lesk: sklený, mastnýLesk Štiepateľnosť: dokonaláŠtiepateľnosť Lom: lastúrnatýLom Kryštalografická sústava: monoklinickáKryštalografická sústava

36 Křemičitany s plošnou strukturou Kyslíkaté sloučeniny křemíku – křemičitany

37 TURMALÍN Chemické zloženie: Na(Mg, Fe, Mn, Li, Al) 3 Al 6 (BO 3 ) 3 (OH, F) 4 [Si 6 O 18 ] Tvrdosť: 7 – 7,5Tvrdosť Vryp: bielyVryp Farba: bezfarebná, biela, červená, modrá, zelená, hnedá, čiernaFarba Priehľadnosť: priehľadný, priesvitný, nepriehľadnýPriehľadnosť Lesk: sklenýLesk Štiepateľnosť: nie jeŠtiepateľnosť Lom: nerovnýLom Kryštalografická sústava: trigonálnaKryštalografická sústava

38 kaolinit Al 2 (OH) 4 Si 2 O 5 mastek Mg 3 (OH) 2 (Si 2 O 5 ) 2 muskovit Kal(OH) 2 (Si 3 AlO 10 ) “světlá slída” Křemičitany s plošnou strukturou - příklady Kyslíkaté sloučeniny křemíku – křemičitany

39 BIOTIT (TMAVÁ SLÍDA) Chemické zloženie: K(Mg, Fe 2+ ) 3 [(OH) 2 / (Al, Fe 3+ )Si 3 O 10 ] Tvrdosť: 2,5 – 3Tvrdosť Vryp: biely, šedýVryp Farba: tmavohnedá, hnedočervená, hnedočiernáFarba Priehľadnosť: priehľadná až priesvitnáPriehľadnosť Lesk: sklený, perleťový, opaknýLesk Štiepateľnosť: výbornáŠtiepateľnosť Lom: nerovnýLom Kryštalografická sústava: monoklinickáKryštalografická sústava

40 MUSKOVIT (SVĚTLÁ SLÍDA) Chemické zloženie: KAl 2 [(OH, F) 2 / AlSi 3 O 10 ] Tvrdosť: 2 – 2,5Tvrdosť Vryp: bielyVryp Farba: biela, šedá, striebrobiela, hnedá, zelenkavá, žltohnedáFarba Priehľadnosť: výbornáPriehľadnosť Lesk: perleťovýLesk Štiepateľnosť: dokonaláŠtiepateľnosť Lom: nerovnýLom Kryštalografická sústava: monoklinickáKryštalografická sústava

41 MASTEK(TALEK) Chemické zloženie: Mg 3 [(OH) 2 / Si 4 O 10 ] Tvrdosť: 1Tvrdosť Vryp: bielyVryp Farba: svetlé odtiene, biela, zelenkavá, žltá, ružováFarba Priehľadnosť: priesvitnáPriehľadnosť Lesk: mastný, u jemne šupinatých perleťovýLesk Štiepateľnosť: výbornáŠtiepateľnosť Lom: nerovnýLom KryštalCografická sústava: monoklinickáKryštalCografická sústava

42 Hlinitokřemičitany s trojrozměrnou strukturou Kyslíkaté sloučeniny křemíku – hlinitokřemičitany

43 ORTHOKLAS Chemické zloženie: K[AlSi 3 O 8 ] Tvrdosť: 6Tvrdosť Vryp: bielyVryp Farba: bezfarebná, biela, žltkastá, hnedastá, červenkastá, niekedy modrastáFarba Priehľadnosť: priehľadná, priesvitnáPriehľadnosť Lesk: sklený, perleťovýLesk Štiepateľnosť: dokonaláŠtiepateľnosť Lom: nerovný, lastúrnatý až trieštivýLom Kryštalografická sústava: monoklinickáKryštalografická sústava

44 PLAGIOKLAS Chemické zloženie: tvoria zmesný rad sodno-vápenatých živcov – patrí medzi silikáty Tvrdosť: 6 – 6,5Tvrdosť Vryp: bielyVryp Farba: biela, šedobiela, modrastá, červenkastá, zelenkastáFarba Priehľadnosť: priehľadná, priesvitnáPriehľadnosť Lesk: sklený, perleťovýLesk Štiepateľnosť: veľmi dobráŠtiepateľnosť Lom: nerovnýLom Kryštalografická sústava: triklinickáKryštalografická sústava

45 Kyslíkaté sloučeniny křemíku – hlinitokřemičitany Zeolity - vlastnosti Zeolity se od živců liší tím, že obsahují vodu, kterou je možno - podobně jako u silikagelu - reverzibilně odstranit. Krystalová síť je tvořena jednotkami (např. kulovité útvary složené z 24 tetraedrů SiO 4 ), které obsahují dutiny určitých rozměrů, do nichž se mohou van der Waalsovými silami vázat molekuly vody nebo jiné látky. Stejně mohou reverzibilně vyměňovat kationty kovů (iontoměniče). Syntetické zeolitové materiály – molekulová síta Synteticky lze připravit molekulová síta o určité velikosti dutin (od 400 do 1200 pm) Molekulová síta slouží k selektivní adsorpci při dělení směsí kapalin, plynů, k sušení, apod.

46 Kyslíkaté sloučeniny křemíku – hlinitokřemičitany Zeolity Zeolit A Sodalit


Stáhnout ppt "Křemík Výskyt křemíku: Výroba křemíku: 27, 2 %, křemen SiO 2 a křemičitany SiO 2 + C (+ Fe)  (Si,Fe) + 2 CO ferrosilicium (“technický křemík”) v elektrické."

Podobné prezentace


Reklamy Google