58. Углерод и кремний, химические свойства.

Ответ. При обычных условиях углерод достаточно инертен. Его активность возрастает при нагревании. В химических реакциях выступает в роли восстановителя и окислителя, преобладают восстановительные свойства. Восстанавливает неметаллы с большой электроотрицательностью: С + О2 = СО2, С + 2S = CS2. Окисляет неметаллы с меньшей электроотрицательностью: Si + C = SiC, 4B + 3C = B4C3, С + 2Н2 = СН4. Окисляет металлы с образованием карбидов: 4Al +3C = Al4C3, Ca + 2C = CaC2. Восстанавливает металлы из их оксидов: С + ZnO = Zn + CO. Восстанавливает неметаллы из их оксидов: С + SiO2 = Si + 2CO. Восстанавливает ионы водорода из паров воды: С + Н2О(газ) = СО + Н2. Не восстанавливает ионы Н+ из растворов кислот. Восстанавливает центральные атомы кислот окислителей: С + 2Н2SO4(к) = СО2 + 2SO2 + 2H2O, С + 4НNO3(к) = CO2 + 4NO2 + 2H2O, 3С + 4НNO3(р) = 3CO2 + 4NO + 2H2O. В химическом отношении кристаллический кремний довольно инертен, что обусловлено прочностью его кристаллической решетки. Однако, чем выше степень дисперсности кремния, тем ниже температура взаимодействия его с другими веществами. Мелкодисперсный кремний восстанавливает фтор при обычных условиях, тогда как хлор и кислород – при повышенной температуре в температурном интервале 400–600 °С (в зависимости от степени дисперсности): Si + 2F2 = SiF4, Si + 2Сl2 = SiСl4, Si + О2 = SiО2. С азотом кремний вступает в реакцию при 1 000 °С, а с углеродом и бором –при 2 000 °С, образуя нитрид Si3N4, карбид SiC и силициды бора нестехиометрического состава (B3Si и B6Si): 3Si + 2N2 = Si3N4, Si + С = SiС (карборунд), Si + 3B = B3Si. С водородом кремний не взаимодействует. Водородные соединения кремния получают косвенным путем. Кремний растворим во многих расплавленных металлах, причем с некоторыми из них (Zn, Al, Sn, Pb, Au, Ag) химически не взаимодействует, а с другими (Mg, Са, Cu, Fe, Pt, Bi) образует соединения, называемые силицидами. С металлами, как окислитель, кремний взаимодействует при высокой температуре: Si + 4Na = Na4Si, Si + 2Mg = Mg2Si. Тонкодисперсный кремний может взаимодействовать с парами воды при температуре светло-красного каления проявляя восстановительные свойства: Si + 2H2О(nap) = 2H2 + SiO2. В вакууме при температуре около 1 450 °С расплавленный кремний реагирует с оксидом магния, восстанавливая металл и образуя SiO: MgО + Si = Mg + SiO. Кремний как восстановитель взаимодействует с фтороводородом: Si + 4HF = SiF4 + 2H2. С другими галогеноводородами он в реакцию не вступает. Минеральные кислоты при обычных условиях на кремний не действуют. Растворяется он лишь в смеси HF и НNО3, потому что фтористоводородная кислота растворяет оксидную пленку (SiO2), которая образуется на его поверхности: 3Si + 12HF + 4НNO3 = 3SiF4 + 4NO + 8H2O. Водные растворы щелочей растворяют кремний (восстановительные свойства): Si + 2NaOH + Н2О = Na2SiО3 + 2H2. Кремний реагирует (в присутствии металлических катализаторов, например меди) с хлорорганическими соединениями (например с СН3Сl) с образованием органогалогенсиланов (например Si(СН3)3Сl), служащих для синтеза многочисленных кремнийорганических соединений.