План лекции: Международная система единиц Атомно-молекулярное учение Стехиометрия химических реакций

Простое вещество. В соответствии с характерным типом гибри­дизации валентных орбиталей (sp³) у кремния наиболее устойчива алмазоподобная (кубическая) модификация. Как и алмаз, она туго­плавка (т. пл. 1412⁰С) и отличается высокой твердостью. Вследствие частичной делокализации связи эта модификация имеет темно-серый цвет и металлический вид. При комнатной температуре кремний явля­ется полупроводником. Гексагональная (графитоподобная) модификация кремния неустойчива.
В обычных условиях кремний довольно инертен. С простыми ве­ществами (кроме фтора) взаимодействует лишь при нагревании, про­являя чаще всего восстановительные свойства. Так, он окисляется хлором при 400°С, кислородом при 600°С; с азотом взаимодействует лишь при 1000⁰C, а с углеродом — при 2000°С, образуя соответственно Si₃N4 и SiC.
В кислородсодержащих кислотах — окислителях кремний пассивируется и растворяется лишь в смеси кислот плавиковой и азотной:
3Si +4HNO₃+ 18HF = 3H₂SiF₆ +4NO + 8H₂O.
В этой реакции HNO₃ играет роль окислителя, a HF - комплексообразующей среды. В результате реакции кремний переходит в устой­чивую степень окисления +4; входит в состав устойчивого фторокомплекса SiF₆^2-
Кремний энергично растворяется в щелочах с выделением водо­рода:
Si + H₂O +2КОН = K₂SiO₃ + 2H₂.
При этом роль окислителя выполняет вода, а комплексообразующей среды — ОН^--ионы.
С водой в обычных условиях кремний не реагирует, но при высоких температурах происходит процесс
Si + 3Н₂О (г) = H₂SiO₃ + 2Н₂ (г).
Окислительная активность кремния проявляется лишь по отноше­нию к некоторым металлам, например:
2Mg + Si = Mg₂Si.
Кремний технической чистоты (95…98%) получают в электро­печах восстановлением SiO₂ с помощью кокса. В лаборатории в ка­честве восстановителя применяют магний. При этом образуется силь­но загрязненный примесями коричневый порошок кремния. Послед­ний перекристаллизацией из металлических расплавов (Zn, A1 и др.) можно перевести в кристаллическое состояние. Необходимый для полупроводниковой техники кремний особой чистоты получают вос­становлением SiCl₄ цинком при высокой температуре:
SiCl₄ + 2Zn = Si + 2ZnС1₂,
а также термическим разложением его водородных соединений или SiI₂:
SiH₄ = Si + 2Н₂; SiI₄ = Si + 2I₂.
Монокристал­лы кремния с соответствующими добавками служат для изготовления различных полупроводниковых устройств (выпрямителей перемен­ного тока, фотоэлементов и пр.). Из кремниевых фотоэлементов (пре­образователи световой энергии в электрическую), в частности, построе­ны солнечные батареи, обеспечивающие питание радиоаппаратуры на космических аппаратах.
Кроме полупроводниковой техники кремний широко применяется в металлургии для раскисления сталей и придания им повышенной коррозионной стойкости. Для этих целей используется сплав кремния с железом (ферросилиций), получаемый при совместном восстановлении коксом железной руды и кремнезема. Ферросилиций очень устойчив к действию кислот и потому используется для изготовления кислото­упорных изделий.