Наиболее распространенными его соединениями являются

оксид кремния (IV) Si02 (часто его называют кремнеземом, иногда песком, кварцем) и соли кремниевых кислот. В за¬

висимости от условий кремнии может быть получен восста¬ новлением из его соединений в одной из двух аллотропных

модификаций кристаллической или аморфной-, последняя

химически более активна.

§ 12.2. Химические свойства углерода и кремния

гревании с избытком воздуха графит (именно этот аллотроп

наиболее доступен) и кремний образуют диоксиды (С02 и

Si02 соответственно); при недостатке кислорода можно по¬

лучить монооксиды СО или SiO, которые образуются также

при нагревании простых веществ с их диоксидами:

Уже при обычной температуре углерод и кремний реаги¬

руют со фтором, образуя тетрафторида CF4 и SiF4 (см. §

10.2), при нагревании с хлором, давая CCI4 и SiCU. При более сильном нагревании углерод и кремний реагируют с

серой

4С + Se = 4CS2,

4Si + Se = 4SiS2

и даже между собой, образуя карборунд вещество по твер¬

дости близкое к алмазу:

Si + С = SiC.

Обычные кислоты на углерод и кремний не действуют,

тогда как концентрированные H2S04 (см. § 10.3 и задачу 1) и

HNO3 окисляют углерод

ЗС + 4HN03 = 3C02t + 4NOt +2Н20.

Кремний растворяется в смеси концентрированных азот¬

ной и плавиковой кислот:

3Si + 4HN03 + 12HF = 3SiF4t + 4NOt +8HzO.

Кроме того, кремний растворяется в водных растворах щелочей (см. § 7.3 и задачу 5).

149

Графит часто используют для восстановления малоак¬

тивных металлов из их оксидов:

СиО + С = Си + COt.

При нагревании же с оксидами активных металлов углерод

н кремний диспропорционируюту образуя карбиды

Активные металлы более сильные восстановители, чем углерод или кремний, поэтому последние при непосредствен¬ ном взаимодействии с ними выступают в качестве окислите¬

лей

§ 12.3. Кислородные соединения

Оксид углерода (П) и оксид кремния (II). Оба оксида по¬

лучают неполным окислением простых веществ или по реак¬

циям (1) (2); они не реагируют при обычных условиях ни с

кислотами, ни со щелочами. Оксид кремния (II) мало досту¬

пен и очень редко используется, в отличие от угарного газа

СО, на свойствах которого мы остановимся ниже.

Оксид СО принято считать несолеобразующим, однако при

пропускании его в расплав щелочи при высоком давлении непо¬

средственно образуется соль в результате протекания окис¬

лительно-восстановительной реакции:

СО + КОН = НСООК.

Отсюда формально можно считать СО ангидридом мура¬

вьиной кислоты, что подтверждается обезвоживанием мура¬

вьиной кислоты:

Формальная степень окисления углерода 2+ не отражает

строение молекулы СО, в которой помимо двойной связи,

образованной обобществлением электронов СиО, имеется дополнительная, образованная по донорно-акцепторному

150

механизму за счет неподеленной пары электронов кислорода (изображена стрелкой):

«-

С= О:.

Всвязи с этим молекула СО очень прочна и способна всту¬

пать в реакции окисления-восстановления только при высо¬

ких температурах. На воздухе СО горит, образуя СО2. Он

восстанавливает металлы из их оксидов:

FeO + СО = Fe + C02t.

В присутствии катализатора или под действием облуче¬

ния СО окисляется хлором, образуя ядовитый газ фосген:

СО + СГ2 = СОС12.

Со многими металлами СО образует летучие карбонилы:

Ni + 4СО = Ni(CO)4.

Оксид углерода (IV) , угольная кислота и ее соли. Оксид

углерода (IV) является ангидридом угольной кислоты Н2СО3 и

обладает веши свойствами кислотных оксидов (см. § 7.2).

При растворении С02 в воде частично образуется уголь¬

ная кислота, при этом в растворе существует следующее рав¬

новесие:

Существование равновесия объясняется тем, что угольная

кислота является очень слабой кислотой (ATi = 4 10-7, К2 = 5

КН1 при 25 °С). В свободном виде угольная кислота неиз¬

вестна, так как она неустойчива и легко разлагается. Как

С032" + 2Н+ « > Н2С03 < * Н20 + C02t.

Из солей большое значение имеет сода №2СОз. Она об¬

разует несколько кристаллогидратов, из которых самый устойчивый Na2C03-10H20 (кристаллическая сода). При прокаливании кристаллогидратов получают кальцинирован¬ ную соду Na2C03. Широко используется питьевая сода

151

NaHC03. Из других солей важное значение имеют К2СО3 и

СаСОз.

Оксид кремния (IV) и кремниевые кислоты. Оксид крем¬

ния ЗЮ2 твердое, очень тугоплавкое вещество

(температура плавления 1700 °С), широко распространенное

в природе. Он встречается в виде двух модификаций кри¬

сталлического и аморфного кварца. Si02 является ангидридом ряда кремниевых кислот, состав которых можно выразить

общей формулой хЗЮ2-уН20, где х и у целые числа: 1) х = l9y = 1: Si02-H20, т.е. Н2ЗЮз лшитсремниевая кислота; 1)

Растворы силикатов мутнеют при стоянии на воздухе, так

как находящийся в нем СО2 вытесняет кремниевую кислоту из ее солей (НгЗЮз слабее даже угольной); Н2ЗЮ3 практиче¬

ски нерастворима в воде это свойство используют как ка¬

чественную реакцию для обнаружения силикат-ионов:

Na2Si03 + СО2 + Н2О = N32CO3 + НгЗЮз^.

Силикаты получают сплавлением ЗЮ2 со щелочами (см.

задачу 6) или карбонатами:

К2СО3 + Si02 = К2ЗЮз + С02Т.

Концентрированные растворы силикатов натрия и калия

называют жидким стеклом и используют при изготовлении клея или водонепроницаемых тканей.

ды получают также взаимодействием металлов с Si02 (см. за¬

дачу 4). Среди карбидов выделяют так называемые

"метаниды и "ацетилениды". Первые рассматривают как

производные метана, содержащие углерод в степени окисле¬

ния -4 (Ве2С, АЦСз), -2 (Li2C2, Ag2C2l Си2С2, СаС2); ацетиле¬

ниды серебра и меди (I) могут быть легко получены при про¬

152