Билет 2

1) Кремнегалогены: классификация кремнегалогенов, методы синтеза простых и комплексных кремнегалогенов, их свойства и применение.

Названия галогенпроизводных силана складываются из названия числа замещающих водород атомов галогена (моно-, ди-, три-, тетра-), наименования галогена и силана.

Эти соединения устойчивы.

Простые кремнегалогены: можно рассматривать как производные силанов. Они разделяются на простые полностью замещенные и простые частично замещенные кремнегалогены. Практическое значение имеют SiF₄, SiCl₄, SiBr₄, SiI₄. Общий способ получения – непосредственное взаимодействие элементарного кремния с соответствующим галогеном: Si + 2Hal = Si(Hal)₄. Фтор реагирует при обычной температуре, остальные – при нагревании.

• Агрегатное состояние полностью замещенных кремнегалогенов меняется меняется в зависимости от вида кремнегалогена:

SiF₄ – ядовитый газ бесцветный газ

SiCl₄, SiBr₄ – бесцветные жидкости

SiI₄ – белое кристаллическое вещество.

• Сами по себе устойчивы, но при обычной температуре разлагаются водой (обусловлено значительным сродством кремния к кислороду). Устойчивость к воде возрастает в ряду от SiI₄ до SiF₄.

• SiF₄ получается действием избытка концентрированной серной кислоты на смесь тонко измельченного кварцевого песка и плавикового шпата или нагреванием кварцевого песка с плавиковой кислотой:

SiO₂ + 2H₂SO₄ + 2CaF₂ = 2CaSO₄ + 2H₂O + SiF₄

SiO₂ + 4HF = SiF₄ + 2H₂O

SiF₄ хорошо растворим в воде, с образованием кремнефтористой кислоты. Используется в лабораторной практике для исследований.

• SiCl₄ получают нагреванием элементарного кремния или силицида магния в струе хлора:

Si + 2Cl₂ = SiCl₄

Mg₂Si + 4Cl₂ = SiCl₄ + 2MgCl₂

В технике получают путем нагревания смеси кварцевого песка и угля в струе хлора:

SiO₂ + 4Cl₂ = SiCl₄ + 2CO

Легко разлается водой с образованием HCl и геля SiO₂. Вследствие этого пары SiCl₄ дымят на влажном воздухе.

Реагирует с оксидами большинства металлов: 3SiCl₄ + 2Al₂O₃ = 3SiO₂ + 4SlCl₃

Исходный материал для синтеза кремнийорганических соединений и получения силицидных покрытий металлов. Дымовых завес.

• SiBr₄ – по способам получения и свойствам близок к SiCl₄.

- Совместное нагревание элементарного кремния с парами брома при температуре до 500С.

- Взаимодействие газообразного HBr с парами SiCl₄: SiCl₄ + 4HBr = SiBr₄ + 4HCl

• SiI₄ получают при пропускании смеси паров иода с углекислотой над раскаленным элементарным кремнием или при взаимодействии газообразного HI с парами SiCl₄: SiCl₄ + 4HI = SiI₄ + 4HCl

- легкая воспламеняемость нагретых паров: SiI₄ + O₂ = 2I₂ + SiO₂

Простые частично замещенные кремнегалогены

Представители SiHF₃, SiHCl₃, SiHBr₃, SiHI₃

В промышленности SiHCl₃ получают действием паров HCl на нагретый до 200С ферросилицид:

FeSi + 5HCl = SiHCl₃ + 2FeCl₂ + 2H₂

- силикохлороформ легко загорается на воздухе:

2SiHCl₃ + 2O₂ = 2SiO₂ + H₂ 6 3Cl₂

- гидролизуется водой с образованием SiO₂ и HCl

Комплексные соединения кремния

Это производные кремнефтористой кислоты. Кислота образуется при:

- Взаимодействии 2HF + SiF₄ = H₂SiF₆

- Получение водного раствора: 3SiF₄ + 3H₂O = H₂SiF₆

- Побочный продукт при производстве суперфосфата: при обработке апатитов, фосфоритов серной кислотой выделяется SiF₄

Это сильная кислота, устойчива в водных растворах. Кажущаяся степень диссоциации в 1н р-ре 53%. Обладает сильными дезинфицирующими свойствами. Применение для стерилизации емкостей в пищевой промышленности.

Кремнефториды. Соли кремнефтористой кислоты.

H₂SiF₆ + 2KCl = K₂SiF₆ + 2HCl

Соли щелочных металлов (кроме лития) трудно растворимы в воде. Соли разлагаются едкими и углекислыми щелочами.

Na₂SiF₆ используется в качестве глушителя, антисептика для пропитки древесины, в производстве зубных цементов и для ускорения схватывания кислотоупорных огнеупоров на основе жидкого стекла. Хорошо растворимые кремнефториды (MgSiF₆*6H₂O, ZnSiF₆*6H₂O) используются для флюатирования.

2) Диаграмма состояния системы CaO-Al₂O₃-SiO₂. Тройные соединения в системе: их краткая характеристика, распространение в природе и технических продуктах. Значение системы для химии и технологии силикатов. Области составов технических продуктов на диаграмме.

В системе существует много химических соединений, в т.ч. 2 тройных:

Анортит – CaO*Al₂O₃*2SiO₂ плавится без разложения при 1550С. Существуют данные о трех модификациях анортита – триклинной, ромбической (метастабильная форма при всех температурах) и гексагональной (стабилен до 300С). Широко распространен в природе преимущественно в виде твердых растворов с альбитом (Na₂O*Al₂O₃*6SiO₂) – плагиоклазы.

Геленит – 2CaO*Al₂O₃*SiO₂ – плавится без разложения при 1590С. Не имеет полиморфных разновидностей. Встречается в природе в виде неограниченных твердых растворов с окерманитом 2CaO*MgO*2SiO₂, называемые мелилитами.

При высоких давлениях в системе существуют еще содиниения:

Гроссуляр – 3CaO*Al₂O₃*3SiO₂ and пироксен – CaO*Al₂O₃*SiO₂, при обычном давлении не имеют областей стабильного существования на диаграмме.

Области составов технических продуктов

Выделены области, соответствующие применяемым в технике составам различных технических продуктов.

1 – портланцемент; 2 – основные шлаки; 3 – кислые щлаки; 4 – стекло; 5 – динасовые огнеупоры; 6 – фарфор; 7 – шамотные огнеупоры; 8 – муллитовые огнеупоры; 9 – корунд; 10 – глиноземистый цемент.