Siliciul ºi compuºii lui

 Poziþia în sistemul periodic ºi structura atomului. Elementul chimic siliciu Si este situat în perioada a III-a, subgrupa principalã a grupei a IV-a. Structura atomului este urmãtoarea: Atomul de siliciu are 4 electroni de valenþã. În toþi compuºii sãi, siliciul este tetravalent. Rãspîndirea în naturã. Siliciul se întîlneºte în naturã doar sub formã de compuºi. De exemplu: Siliciu 28 14Si +14 ) ) ) 2e– 8e– 4e– 4.15. Siliciul ºi compuºii lui 3. Scrie ecuaþiile reacþiilor pentru urmãtoarele transformãri ºi numeºte toate substanþele: a) CO C CO2 C6H12O6 CH4 CaCO3 Ca(HCO3)2 CaO Caolinit Al2O3 . 2SiO2 . 2H2O 1 3 2 11 4 5 6 7 8 9 10 4 1 5 2 3 6 114 Nemetalele şi compuşii lor (SiO2)n Cuarþ SiO2 Adaosul de Cr2O3 îi conferã sticlei culoare verde. SiO2 – oxidul de siliciu (cuarþ), componenta principalã a nisipului; Al2O3 . 2SiO2 . 2H2O – caolinitul, componenta principalã a argilei albe (argila obiºnuitã, de culoare galbenã, conþine ºi impuritãþi de oxizi de fier); K2O × Al2O3 × 6SiO2 – ortoclazul, alcãtuit din silicat de potasiu K2SiO3 ºi aluminat de potasiu KAlO2 ºi SiO2. Compoziþia ortoclazului este redatã însã, de obicei, sub forma unei sume de oxizi: K2O (oxid bazic), SiO2 (oxid acid) ºi Al2O3 (oxid amfoter). Principalii compuºi ai siliciului sînt: SiO2 H2SiO3 Na2SiO3, K2SiO3 oxid de siliciu, oxid acid silicic, silicaþi, acid, insolubil în apã insolubil în apã solubili în apã Oxidul de siliciu (IV) SiO2 este o substanþã solidã, transparentã, greu fuzibilã ºi insolubilã în apã. În naturã, se întîlneºte sub forma mineralului de cuarþ. Nisipul din rîuri reprezintã oxid de siliciu aproape pur, de aceea mai este numit nisip de cuarþ. Iar nisipul obiºnuit, în afarã de SiO2, mai conþine impuritãþi de oxizi de fier, care îi conferã o nuanþã gãlbuie. Cuarþul transparent, incolor ºi foarte pur, se numeºte cristal de stîncã. În molecula de oxid de siliciu, fiecare atom de siliciu este înconjurat de atomi de oxigen, iar atomii de oxigen – de atomi de siliciu. De aceea, o bucatã de cuarþ reprezintã o moleculã giganticã, sub formã de polimer, cu urmãtoarea structurã: ççç – O – Si – O – Si – O –Si – O – ç çç O O O ç çç – O – Si – O – Si – O – Si – O – ç çç Formula sa poate fi scrisã þinîndu-se cont de structura polimericã (SiO2)n, dar, de obicei, este folositã formula simplã SiO2. Oxidul de siliciu (IV) este un oxid acid. La încãlzire (topire), el interacþioneazã cu oxizii bazici, alcaliile ºi unele sãruri, formînd silicaþi: CaO + SiO2 = t o CaSiO3; 2NaOH + SiO2 = t o Na2SiO3 + H2O CaCO3 + SiO2 = t o CaSiO3 + CO2 În ultima reacþie, oxidul de siliciu înlocuieºte oxidul mai volatil (CO2) din sarea lui. ® 115 Nemetalele şi compuşii lor Acidul silicic ºi sãrurile lui. Acidul silicic are de asemenea o structurã polimericã: O – H O – H ç ç (H2SiO3)n ...– O – Si – O – Si – O –... ç ç sau nSiO2 . mH2O O – H O – H Convenþional, acidul silicic este notat prin formula simplã H2SiO3. Acidul silicic este o substanþã gelatinoasã, insolubilã în apã. Din acest motiv, acesta poate fi obþinut în mod indirect prin tratarea cu acizi a silicaþilor solubili: Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3¯ + 2NaCl gelatinos 2H+ + SiO3 2– = H2SiO3¯ La o slabã încãlzire, acidul silicic se descompune: H2SiO3 = t o H2O + SiO2 Sãrurile acidului silicic se numesc silicaþi. Silicaþii de sodiu ºi de potasiu sînt solubili în apã. Ei mai sînt numiþi sticlã solubilã. Se obþin prin topirea nisipului cu alcalii sau sodã. De exemplu: Na2CO3 + SiO2 = t o Na2SiO3 + CO2 silicat de sodiu Din silicat de sodiu se preparã chit, ciment, clei (lipici). Structura silicaþilor rezultã din cea a acidului silicic ºi, prin urmare, este de asemenea polimericã. Utilizarea compuºilor siliciului. Argila ºi nisipul sînt compuºi naturali accesibili, folosiþi pe scarã largã ca materiale de construcþie. Prin tratare termicã, din argilã ºi nisip se obþin, pe cale industrialã, sticlã, ceramicã, ciment (fig. 4.39). Sticla obiºnuitã (pentru geamuri) are compoziþia Na2O . CaO . 6SiO2. Ea se obþine la fierberea (~1 500o C) unui amestec de sodã Na2CO3, calcar CaCO3 ºi nisip SiO2. În consecinþã, se formeazã silicaþi de sodiu ºi de calciu, care sînt topiþi în exces de nisip. Masa topitã se solidificã ºi rãmîne omogenã, fãrã a forma cristale. La încãlzire, sticla se înmoaie ºi poate fi modelatã. Sticla este un material inert din punct de vedere chimic, aceasta fiind o caracteristicã foarte importantã. Din sticlã se produce veselã de diverse tipuri ºi cu diversã destinaþie. Modificînd compoziþia ® Fig. 4.39. Domeniile de utilizare a siliciului ºi a compuºilor lui. Ceramicã Baterii solare Electrotehnicã Sticlã Izolatoare Opticã 116 Nemetalele şi compuşii lor sticlei, se pot obþine materiale noi. De exemplu, înlocuirea oxidului CaO cu PbO ºi a oxidului Na2O cu K2O permite obþinerea cristalului K2O .PbO . 6SiO2. Sticla chimicã are compoziþia K2O . CaO . 6SiO2. Poate fi diversificatã ºi culoarea sticlei. Astfel, adaosul de oxid de cobalt (II) CoO îi conferã culoare albastrã, de oxid de crom (III) Cr2O3 – culoare verde, iar pulberea de aur – culoare roºie. În afarã de sticla obiºnuitã (pentru geamuri), existã ºi sticlã de cuarþ. Aceasta se obþine prin topirea nisipului de cuarþ SiO2. Sticla de cuarþ, spre deosebire de cea obiºnuitã, permite trecerea razelor ultraviolete. Ceramica (din greacã cheramos – „argilã“) reprezintã arta prelucrãrii argilei. Compoziþia chimicã a argilei este Al2O3 .2SiO2 .2H2O. Din argila albã se fabricã veselã de porþelan ºi faianþã, iar din cea obiºnuitã, de culoare galbenã (datoritã impuritãþilor de oxizi de fier), se produce veselã simplã (din lut). Argila amestecatã bine cu apã formeazã un „aluat“ din care se pot modela diverse obiecte. Dupã uscare, vasele din lut sînt arse la 1000o C. Are loc eliminarea apei din argilã ºi chiar din componenþa moleculei. Astfel se obþine ceramica, un material rezistent, în a cãrui moleculã atomii de aluminiu ºi siliciu alterneazã cu cei de oxigen. Suprafaþa obiectelor de ceramicã este acoperitã apoi cu glazurã (email). Cimentul este un amestec de silicaþi ºi aluminaþi de calciu anhidri. El se obþine prin calcinarea marnei (un amestec natural de calcar ºi argilã). La amestecarea cimentului cu apã, are loc adiþia chimicã a apei ºi formarea alumosilicaþilor cristalohidraþi (solizi). Procesul de solidificare a cimentului se numeºte întãrire sau prizã. • ªtiþi cum se distrug munþii? Acidul carbonic (un acid slab) este capabil sã substituie acidul silicic din silicaþi. În naturã, are loc dezagregarea mineralelor, în urma cãreia se formeazã argilã ºi nisip – componentele de bazã ale solului: K2O · Al2O3 · 6SiO2 + CO2 + + 2H2O=K2CO3 + 4SiO2 + + Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O • Sticla de cuarþ a fost descoperitã de arheologi în cultura Egiptului Antic ºi Bagdadului, avînd vîrsta de circa 5 mii de ani. Orizonturile chimiei 1. Scrieþi ecuaþiile reacþiilor pentru urmãtoarele transformãri: Si ® SiO2 ® Na2SiO3 ® H2SiO3 ® SiO2 2. Comparaþi metodele de obþinere a acidului carbonic cu cele de obþinere a acidului silicic. Cum acþioneazã ei asupra indicatorilor? Ce tãrie au aceºti acizi? 3. Ce masã de sodã, calcar ºi nisip se consumã la producerea sticlei cu masa de 100 kg? 1. Alege rãspunsurile ºi aranjeazã-le în douã coloniþe: în stînga – caracteristicile oxidului de siliciu (IV), iar în dreapta – cele ale oxidului de carbon (IV): a) este alcãtuit din molecule separate; b) reprezintã o moleculã polimericã; c) este un gaz; d) este incolor, inodor; e) este o substanþã solidã; f) se dizolvã în apã ºi interacþioneazã cu ea (scrie ecuaþia reacþiei); g) este insolubil în apã; h) este un oxid acid. 2. Scrie ecuaþiile reacþiilor de obþinere a st