1

Wybrane niemetale

Wodór

glowce IVA: w giel i krzem

Azotowce VA:

azot i fosfor

Tlenowce VIA: tlen i siarka

Fluorowce VIIA

2

H

Wodór

I. Charakterystyka ogólna

1. Pierwszy pierwiastek w uk adzie okresowym, atom o najprostszej budowie.

2. Konfiguracja elektronowa pow oki walencyjnej:

s

1

.

3. Elektroujemno

2,2

t.j. bliska redniej arytmetycznej

2,35

skrajnych warto ci w uk adzie

okresowym (Fr 0,7 i F 4,0). Taka elektroujemno

sprzyja, podobnie jak dla w gla (2,6),

tworzeniu po cze z wieloma pierwiastkami.

4. Niemetal, g ówny pierwiastek we Wszech wiecie (91 % wszystkich atomów), 9-ty co do

zawarto ci w zewn trznych warstwach Ziemi (0,9 % mas.).

5. Cz steczka dwuatomowa H

2

.

6. Tworzy przede wszystkim wi zania kowalencyjne, jonowe wy cznie w wodorkach

jonowych oraz bierze udzia w wi zaniach wodorowych.

7. Stopnie utlenienia

+I

i du o rzadszy

–I

.

8. Wodór atomowy jest reduktorem.

3

H

Wodór

II. Otrzymywanie

1. Laboratoryjne

Zn + 2 HCl

ZnCl

2

+ H

2

Elektroliza wody.

2. Przemys owe

Konwersja w glowodorów z par wodn :

700 K / katalizator Ni

CH

4

+ H

2

O

CO + 3H

2

CH

4

+ 2 H

2

O

CO

2

+ 4 H

2

CO + H

2

O

CO

2

+ H

2

Z gazu wodnego. Gaz wodny otrzymuje si

przepuszczaj c par wodn nad roz arzonym

koksem w temperaturze 1500 K:

C + H

2

O

CO + H

2

4

H

Wodór

III. W

ciwo ci fizyczne

1. Gaz bezbarwny, bez zapachu i smaku, bardzo s abo rozpuszczalny w wodzie, najl ejszy

gaz (14 razy l ejszy od powietrza), najwi ksza szybko

dyfuzji dla gazów.

2. Skroplony jest bezbarwn ciecz

: t.w.= 20 K; t.t. = 14 K

(tylko 6 stopni ró nicy).

3. Sk ad izotopowy:

prot

1

1

H

- prawie 100 % mas. w wodorze naturalnym

deuter

1

2

D

- tylko 1.6 × 10

-2

% mas., izotop trwa y

tryt

1

3

T

- tylko 10

-16

% mas., izotop nietrwa y – promieniotwórczy

1

3

2

3

T

He

okres po owicznego rozpadu 12,5 roku

5

H

Wodór

4. Odmiany

orto

i

para

(oddzia ywanie spinowych momentów magnetycznych j der).

bogatszy

energetycznie ubo szy

energetycznie

298

K 75

%

25

%

20 K

ok. 100 %

5. Du a rozpuszczalno

wodoru w niektórych metalach

G bka palladowa – porowaty Pd wch ania 800 razy wi ksz obj to

wodoru ni obj to

asna.

Dyfuzja (efuzja) przez blach palladow – filtr do oddzielania wodoru.

ortowodór

parawodór

6

H

Wodór

IV.

ciwo ci chemiczne

1. Wodór w temperaturze pokojowej reaguje z F

2

,

przy na wietlaniu z Cl

2

(reakcja rodnikowa).

2. W podwy szonej temperaturze reaguje z licznymi

niemetalami oraz z aktywnymi metalami (Li, Na, Ca).

3. Reakcja z tlenem:

2 H

2

+ O

2

2 H

2

O + H

H = -286 kJ/mol

jest silnie egzotermiczna, lecz w tempraturze pokojowej praktycznie nie zachodzi. Zap on

(wybuch) nast puje w temperaturze 720 K, szczególnie silny dla tzw. mieszaniny

piorunuj cej 2 : 1.

4. Wodór cz steczkowy jest silnym reduktorem w podwy szonej temperaturze, np. redukuje

tlenki metali:

420 K

CuO + H

2

Cu + H

2

O

7

H

Wodór

4. Jony

a) jon wodorowy H

+

(j dro atomu wodoru) jest najmniejszym znanym kationem,

r = 1,5 × 10

-5

Å

(1 Å = 10

-10

m);

w sieci krystalicznej wyst puje w postaci jonu oksoniowego H

3

O

+

, np. w monohydracie

kwasu chlorowego (VII), t.j. w HClO

4

·H

2

O ;

trwa y w roztworach wodnych, gdzie wyst puje w postaci jonu oksoniowego H

3

O

+

(H

9

O

4

+

)

b) jon wodorkowy H

-

(o konfiguracji elektronowej He) jest znacznie wi kszy ni wodorowy,

r = 2,1 Å

; wyst puje w sieci krystalicznej wodorków jonowych; nietrwa y w roztworach

wodnych, gdzie ulega reakcji dysproporcjonacji, która mo e by równie traktowana jako

reakcja zasada/kwas w sensie Brønsteda:

jonowo

H

-

+ H

2

O

H

2

+ OH

-

cz steczkowo

NaH + H

2

O

H

2

+ NaOH

5. Wodorki (by y ju omawiane): jonowe, kowalencyjne i niestechiometryczne (metali

przej ciowych).

6. Woda jest najwa niejszym rozpuszczalnikiem (patrz omówione wcze niej wi zania

wodorowe).

-I

+I

0

8

H

Wodór

7. Wodór atomowy

a) wykorzystanie w palnikach wodorowych

b) wodór in statu nascendi i jego w

ciwo ci

redukcyjne.

Zn + 2HCl

ZnCl

2

+ 2H

Mo na wykry nawet
10

-4

mg arsenu.

9

H

Wodór

8. Zastosowania przemys owe

a) do syntezy amoniaku metod Habera-Boscha:

3 H

2

+ N

2

2 NH

3

Warunki: T = 800 K, p = 100 – 1000 atm,

katalizator Fe z dodatkiem aktywatorów.

b) reakcje uwodornienia, np. t uszczów ciek ych

c) synteza organiczna,

kat.

np.

R

2

C=CH

2

+ CO + H

2

R

2

CH-CH

2

-CHO

d) paliwa, perspektywicznie w energetyce termoj drowej.

e) paliwowe ogniwa wodorowe jako ród a pr du.

TOKAMAK

TOKAMAK

Eksperymentalny

Eksperymentalny

reaktor termoj

reaktor termoj

drowy

drowy

Cadarache

Cadarache

(FR)

(FR)

201

201

6

6

ITER (International Thermonuclear
Experimental Reactor) ac. droga) –
mi dzynarodowy projekt badawczy,
którego celem jest zbadanie
mo liwo ci produkowania na wielk
skal

energii z fuzji termoj drowej.

http://www.iter.org/

FUZJA DEUTEROWA

FUZJA DEUTEROWO-
TRYTOWA

MeV

17,59

n

He

H

H

MeV

4,03

H

H

H

H

MeV

3,27

n

He

H

H

1

0

4

2

3

1

2

1

1

1

3

1

2

1

2

1

1

0

3

2

2

1

2

1

10

glowce

1.

Grupa IVA (14)

– nas najbardziej b

interesowa C i Si.

2. Konfiguracja elektronowa pow oki walencyjnej:

s

2

p

2

.

3. Elektroujemno ci Paulinga:

C

2,6

, Si

1,9

, Ge

2,0

, Sn

1,9

, Pb

2,1

4. C – niemetal

Si, Ge – pó metale

Sn, Pb – metale

5. Kryszta y kowalencyjne (grafit, diament), molekularne (fulleren-60), metaliczne (Sn, Pb).

6. Ma a aktywno

w stanie pierwiastkowym.

7. Typ wi za i hybrydyzacja:

Dominuj wi zania kowalencyjne, zw aszcza dla C i Si. Hybrydyzacja

C: sp, sp

2

i sp

3

(ju omówiono). Si ma dost pne tak e orbitale d, wi c bior one udzia w hybrydyzacji,

np. sp

3

d

2

w [SiF

6

]

2-

.

11

Pojedyncze

wi zanie C-C ma du

energi 347 kJ/mol

, wi c w giel wykazuje siln

tendencj do tworzenia prostych, rozga zionych i zamkni tych w pier cienie

cuchów. Poza tym „lubi” tworzy wi zania wielokrotne – podwójne i potrójne. Silne

te s wi zania z H (414 kJ/mol) i O (360 kJ/mol), wi c czy si ch tnie z tymi

pierwiastkami. Po czenia bazuj ce na wi zaniach C-C, C=C, C C, C-H, C=O i C-O- s

podstaw chemii organicznej.

Krzem w przyrodzie nieo ywionej odgrywa podobn rol jak w giel w biochemii.

Wi zanie Si-Si (226 kJ/mol) jest wyra nie s absze ni wi zanie C-C

, wi c krzem nie

tworzy po cze

cuchowych bezpo rednio jak w giel. Wykorzystuje natomiast mostki

tlenowe, gdy

wi zanie Si-O ma szczególnie wysok energi (464 kJ/mol)

. Si tworzy

wi c liczne po czenia zawieraj ce

tetraedr SiO

4

4-

, czyli krzemiany oraz dodatkowo z Al

– glinokrzemiany.

glowce

12

8. Jony:

glowce nie maj tendencji do tworzenia jonów ujemnych. Tylko w giel tworzy z

typowymi metalami jonowe w gliki, np. acetylenki CaC

2

i Na

2

C

2

, w których sieci

krystalicznej wyst puj aniony C

2

2-

.

Jony dodatnie tworz szczególnie Sn i Pb. Sn

2+

i Pb

2+

istniej w roztworach i w sieci

krystalicznej. Sn

4+

i Pb

4+

istniej w roztworach w jonach kompleksowych, np. [Sn(OH)

6

]

2-

i [Pb(OH)

6

]

2-

, oraz w sieci krystalicznej.

9. Stopnie utlenienia:

W giel ma formalne stopnie utlenienia od

+IV

do

–IV

.

Pozosta e pierwiastki maj stopnie utlenienia

+II

i

+IV

.

Trwa

stopnia utlenienia

+II

ro nie, a

+IV

maleje, ze wzrostem liczby atomowej w

grupie.

10. W

ciwo ci redoks:

W stanie pierwiastkowym s reduktorami, szczególnie w giel.

W zwi zkach

na stopniu utlenienia +II s reduktorami

, np. CO jest silnym reduktorem,

tak e jon Sn

2+

.

W zwi zkach

na stopniu utlenienia +IV s utleniaczami

, np. PbO

2

(CO

2

jest utleniaczem

tylko wobec silnych reduktorów).

glowce

13

C

giel: formy alotropowe

18-ty pierwiastek co do zawarto ci w zewn trznych warstwach Ziemi (0,02 % mas.).

Wyst powanie w przyrodzie: organizmy ywe, w gle kopalne, ropa naftowa, gaz

ziemny, minera y w glanowe (wapie ), CO

2

w powietrzu (0,03 % obj.).

Najwa niejsze formy alotropowe: diament i grafit (ju omówione) oraz fulereny.

Fuleren-60

Kryszta y molekularne; izolator; temp top. > 800

o

C – sublimuje (dla porównania temp. top.

diamentu i grafitu ok. 3600

o

C); rozpuszczalny w rozpuszczalnikach aromatycznych (barwa

purpurowa), chlorowcopochodnych i CS

2

, nierozpuszczalny w wodzie.

14

C

Fulereny

Alotropowa odmiana w gla zbudowana z cz steczek o wzorze ogólnym

C

20+2m

.

Cz steczka zawiera

12

pier cieni

5

-cz onowych

i

m

pier cieni

6

-cz onowych

.

Najtrwalszy jest fuleren-60 o wzorze

C

60

, który zawiera

12

i

20

. Ka dy pier cie

otoczony jest pi cioma pier cieniami

, a wi c

C

60

przypomina pi

futbolow o rednicy

7 Å

.

Wszystkie atomy w gla w cz steczce s równocenne, maj

hybrydyzacj zbli on do

sp

2

a orbitale 2p

z

nak adaj si , umo liwiaj c sprz

enie elektronów

. Fuleren-60 jest czarnym cia em sta ym, dobrze rozpuszczalnym w aromatycznych

rozpuszczalnikach organicznych.

Fuleren-60 odkryli w 1985 r. Kroto, Heath, O’Brien, Curl i Smalley, badaj c spektrometri mas

produkty odparowywania grafitu promieniem lasera w pró ni.

15

C

Fulereny

Nazwa fuleren pochodzi od nazwiska ameryka skiego konstruktora i matematyka Richarda

Buckminstera Fullera (1895 - 1983), który pracowa nad konstrukcj i wykorzystaniem kopu

geodezyjnych, sk adaj cych si z a urowej siatki eber pokrytych lekkim materia em. R. B.

Fuller by autorem wielu ameryka skich pawilonów na wystawach mi dzynarodowych.

W 1990 r. Kr

ä

tschmer i in. opublikowali metod otrzymywania

fulerenów w uku elektrycznym pomi dzy elektrodami grafitowymi

umieszczonymi w atmosferze gazu oboj tnego. Otrzymana sadza

jest ekstrahowana benzenem. Ekstrakt, który zawiera g ownie

C

60

,

kilka % molowych

C

70

i znikome ilo ci wy szych fulerenów, jest

nast pnie analizowany chromatograficznie.

Cz steczka

C

70

przypomina pi

do rugby (

12

+

25

). Zawiera 5 rodzajów atomów w gla

w stosunku liczbowym

10 : 10 : 20 : 20 : 10

.

Za odkrycie fulerenu-60 Curl, Kroto i Smalley otrzymali w 1996 r. nagrod Nobla z chemii.

Prof. Harold Kroto

16

C

Wy sze fulereny, nanorurki, w giel szklisty, nanopianka, ADNR

C

540

Aggregated diamond
nanorods (ADNR)

–

najtwardszy znany materia
zsyntetyzowany w 2005 r.
(C

60

, 20 GPa, 2500 K).

Nanorurka

glowa

Ferromagnetyzm przez 1 dzie

w temp. 298 K; stabilny

magnes < 90 K ! (rok odkrycia: 1997; ablacja laserem
impulsowym szklistego w gla w rozrzedzonym Ar).

giel szklisty – jeszcze

jedna forma alotropowa C,
otrzymana w 1960 r. przez
specjaln obróbk

termiczn

celulozy w 3000

o

C.

Zastosowanie: elektrody do
analizy elektrochemicznej.

17

C

Fulereny: zastosowania medyczne

Metanofulereny

aktywne biologicznie, oddzia uj na wirusy, bakterie, enzymy i ywe

komórki.

Fulereny s

zwi zkami hydrofobowymi, st d pomys zastosowania ich do blokowania

aktywno ci wirusa HIV, odpowiedzialnego za szerzenie choroby

AIDS. Po

przeprowadzeniu symulacji komputerowych przez

Friedmana

, okaza o si , e enzym

czynny wirusa ma kszta t zbli ony do otwartego na obu ko cach cylindra o rednicy

niewiele wi kszej ni

rednica C

60

. Wewn trzna cz

cylindra prawie ca kowicie

wype niona jest hydrofobowymi aminokwasami, poza dwoma resztkami kwasu

asparaginowego tworz cego centra aktywne enzymu. W

ciwo ci hydrofobowe

sprawiaj , e mo liwe jest wyst pienie silnego oddzia ywania si van der Waalsa mi dzy

cz steczk a miejscem aktywnym enzymu. C

60

mo e w lizgn

si do rodka cylindra i

zablokowa

aktywno

HIV. Po opracowaniu pochodnej fulerenu rozpuszczalnej w

wodzie uda o si

potwierdzi

teori

do wiadczeniami. Okaza o si , e ju

przy ma ych

st

eniach molowych fuleren blokuje enzym czynny HIV.

18

C

Fulereny: nanotechnologia

Yasuhiro Shirai et al., „Directional Control in Thermally Driven

Single-Molecule Nanocars”, Nano Lett. 5 (11), 2330 (2005).

19

C

Fulereny: nanotechnologia

Yasuhiro Shirai et al., „Directional Control in Thermally Driven

Single-Molecule Nanocars”, Nano Lett. 5 (11), 2330 (2005).

20

Grafeny

Grafit jest zbudowany z
warstw grafenowych.

Za badania grafenu Andriej Gejm i Konstantin
Nowosio ow (University of Manchester) otrzymali w
roku 2010 Nagrod Nobla w dziedzinie fizyki.

Jong-Hyun Ahn and Byung Hee Hong

(Sungkyunkwan University, Korea P d.)

ciwo ci: bardzo dobry przewodnik

ciep a i elektryczno ci; przezroczysty dla

wiat a; 100 razy mocniejszy ni

stal, a

zarazem tak elastyczny, e mo na go bez
szkody rozci gn

o 20 procent.

Zastosowania: elektronika, in ynieria
materia owa, materia modelowy do bada
w zakresie nowoczesnej fizyki.

Obraz grafenu zrobiony
mikroskopem STM

C

21

ciwo ci chemiczne w gla w stanie pierwiastkowym

C

1. Ma o aktywny

2. Spala si w wysokiej temperaturze do:

ditlenku w gla, przy pe nym dost pie tlenu,

tlenku w gla, przy ograniczonym dost pie tlenu.

3. W

ciwo ci redukcyjne w wysokiej temperaturze (redukcja tlenków metali do

metalu; redukcja pary wodnej

gaz wodny).

4. Tworzenie w glików:

CaO (wapno palone) + 3C (koks)

CaC

2

(karbid) + CO

CaC

2

+ 2H

2

O

Ca(OH)

2

+ HC CH

CaC

2

+ N

2

C + CaCN

2

(cyjanamid wapnia)

SiO

2

(piasek) + 2C (koks)

CO

2

+ SiC (karborund)

.

2500 K

1300 K

bia e cia o sta e

2300 K

Karborund – bardzo twarde cia o sta e o strukturze

krystalicznej diamentu.

C

C

Ca

22

Nieorganiczne zwi zki w gla

C

1. Tlenek w gla

1.1. Otrzymywanie:

HCOOH

CO

1.2. W

ciwo ci fizyczne: gaz bezbarwny, bezwonny, silnie truj cy (znacznie silniej

wi zany przez hemoglobin ni tlen molekularny), nierozpuszczalny w wodzie, nie
jest bezwodnikiem.

1.3. Wykrywanie:

sensory elektrochemiczne (wykrywacze czadu)

st

. amoniakalny roztwór CuCl:

CuCl + CO + 2H

2

O

CuCl•CO• 2H

2

O

bezbarwne kryszta y

1.4. W

ciwo ci chemiczne

Redukcyjne:

CO + PdCl

2

+ H

2

O

CO

2

+ 2HCl + Pd

CO + NaOH

HCOONa

mrówczan sodu

CO + Cl

2

COCl

2

fosgen

Tworzenie karbonylków (bezbarwne, toksyczne ciecze):

Ni + 4CO

Ni(CO)

4

Fe + 5CO

Fe(CO)

5

Warunki: wysokie T i p.

Ligand w kompleksach:

|C O|

-H

2

O

II

II

IV

0

wiat o

Wkraplanie kwasu mrówkowego
do gor cego, st

. H

2

SO

4

23

Nieorganiczne zwi zki w gla

C

Substrat reakcji organicznych:

CO + 2H

2

CH

3

OH

CO + 3H

2

CH

4

+ H

2

O

CO + H

2

benzyna syntetyczna Fischera-Tropscha

CHR=CH

2

+ CO + H

2

CH

2

RCH

2

CHO aldehyd

CHR=CH

2

+ CO + H

2

O

CH

2

RCH

2

COOH kwas

Sk adnik gazów: generatorowego i wodnego

ci

.

Fe, Zn

Ni

450 K

Co

roz arzony koks

powietrze

CO

2

, CO, N

2

C + O

2

CO

2

CO

2

+ C

2CO

400

o

C – czysty CO

2

(+N

2

)

ro nie zawarto

CO

900

o

C – czysty CO (+N

2

)

roz arzony koks

para wodna

CO, H

2

C + H

2

O

CO + H

2

Generatorowy

Wodny

24

Nieorganiczne zwi zki w gla

C

2. Ditlenek w gla, kwas w glowy, w glany

2.1. Otrzymywanie CO

2

:

C + O

2

CO

2

spalanie w gla

CaCO

3

CaO + CO

2

wypalanie wapienia

CaCO

3

+ 2HCl

CaCl

2

+ H

2

O + CO

2

wapie + silny kwas

2.2. W

ciwo ci fizyczne: gaz bezbarwny, bezwonny, nietruj cy ale dusz cy, do

dobrze jak na gaz rozpuszczalny w wodzie, zestalony < -78

o

C sublimuje

(ch odnictwo), smak kwaskowy (jest bezwodnikiem kwasowym).

2.3. Wykrywanie i oznaczanie CO

2

Ca(OH)

2

+ CO

2

CaCO

3

+ H

2

O

2.4. W

ciwo ci chemiczne CO

2

Ma o aktywny, niepalny, dzia a utleniajaco tylko wobec silnych reduktorów:

CO

2

+ 2Mg

2MgO + C

(reakcja z roz arzonym Mg)

Bezwodnik s abego, dwuprotonowego kwasu w glowego H

2

CO

3

, istniej cego tylko

w roztworze:

H

2

CO

3

+ H

2

O

H

3

O

+

+ HCO

3

-

pK

a1

= 6.37

HCO

3

-

+ H

2

O

H

3

O

+

+ CO

3

2-

pK

a2

= 10.33

„suchy lód”

W czystej wodzie w temp. 298 K
tylko 1 % rozpuszczonego CO

2

jest w formie H

2

CO

3

i produktów

jego dysocjacji.

25

Nieorganiczne zwi zki w gla

C

2.5. W glany i wodorow glany

Rozpuszczalne s tylko w glany litowców i amonu, przy czym ulegaj hydrolizie:

CO

3

2-

+ H

2

O

HCO

3

-

+ OH

-

Wodorow glany rozk adaj si podczas ogrzewania:

2NaHCO

3

Na

2

CO

3

+ H

2

O + CO

2

2.6. Disiarczek w gla i tiow glany

C + S

2

CS

2

dzia anie par siarki na w giel drzewny

CS

2

- toksyczna, mierdz ca ciecz, dobry rozpuszczalnik substancji niepolarnych

K

2

S + CS

2

K

2

CS

3

3. Zwi zki w gla z azotem

3.1. Dicyjan (CN)

2

– gaz o zapachu gorzkich migda ów, silnie truj cy

Cz steczka liniowa:

|N C-C Nl

Otrzymywanie:

Hg(CN)

2

Hg + (CN)

2

KCN + st

. roztwór CuSO

4

Cu

2+

+ 2CN

-

Cu(CN)

2

CuCN + ½ (CN)

2

ogrzewa

nie

26

Nieorganiczne zwi zki w gla

C

3.2. Cyjanowodór HCN (kwas pruski, cyklon B)

Bezbarwna, nisko wrz ca ciecz (26

o

C) o zapachu gorzkich migda ów, bardzo

truj ca (LD

50

= 1,5 mg/kg cia a).

HCN powstaje w wyniku dzia ania mocnego kwasu na cyjanki.

Z wod daje kwas s abszy od w glowego:

HCN + H

2

O

H

3

O

+

+ CN

-

pK

a

= 9,2

Odmiany izomeryczne:

H-C N|

|C N-H

cyjanowodór

izocyjanowodór

99%

1%

w temperaturze pokojowej

3.3. Cyjanki

Cyjanki litowców i berylowców s dobrze rozpuszczalne w wodzie, metali ci

kich –

na ogó trudno rozpuszczalne.

Hydroliza: CN

-

+ H

2

O

HCN + OH

-

(zapach gorzkich migda ów, odczyn staje si zasadowy)

27

Nieorganiczne zwi zki w gla

C

Cyjanki pod wp ywem wilgoci i ditlenku w gla mog

si

rozk ada na powietrzu z

wydzielaniem HCN !:

KCN + CO

2

+ H

2

O

KHCO

3

+ HCN

Ligandy w kompleksach:

Fe(II)

[Fe(CN)

6

]

4-

heksacyjano elazian(II)

ty

elazocyjanek)

Fe(III)

[Fe(CN)

6

]

3-

heksacyjano elazian(III)

jasnoczerwony

elazicyjanek)

Fe

4

III

[Fe

II

(CN)

6

]

3

- b kit pruski

3.4. Jony rodankowe SCN

-

Fe(SCN)

3

krwistoczerwony

28

Krzem

Si

1. Drugie miejsce (po tlenie) co do zawarto ci w zewn trznych warstwach Ziemi

(27% mas.). Wyst puje w licznych minera ach (krzemiany i glinokrzemiany).

2. Jedna odmiana krystalograficzna o strukturze krystalograficznej diamentu

metaloid, w

ciwo ci pó przewodnikowe. Odpowiednik grafitu jest nieznany.

3. Otrzymywanie:

SiO

2

+ 2Mg

2MgO + Si redukcja w wysokiej temperaturze

Otrzymywany tak krzem jest brunatnym proszkiem.

4. W

ciwo ci chemiczne krzemu pierwiastkowego:

•

Ma o aktywny, przyczynia si do tego warstwa SiO

2

atwo reaguje z zasadami:

Si + 2NaOH + H

2

O

Na

2

SiO

3

+ 2H

2

5. Siloksany

silikon

29

Krzem

Si

6. Ditlenek krzemu (krzemionka)

Cia o sta e, bezpostaciowe lub krystaliczne
(polimorfizm: kwarc, trydymit i krystobalit).

Bezwodnik ró nych, bardzo s abych kwasów
krzemowych, np. ortokrzemowego H

4

SiO

4

i

metakrzemowego H

2

SiO

3.

.

Ma a reaktywno

– stapianie z NaOH i Na

2

CO

3

(reakcje ju omówione).

Meta- i ortokrzemiany litowców s rozpuszczalne
w wodzie (szk o wodne), hydrolizuj

do kwasów

krzemowych, zwykle skondensowanych, najlepiej
dla pH = 6-7 (dodatek NH

4

Cl). Wydziela si

galaretowaty el xSiO

2

•yH

2

O, który po osuszeniu

daje tzw. silika el.

Przech odzenie stopionego SiO

2

daje szk o.

30

Krzem

Si

Sk ad chemiczny niektórych szkie (w % masowych

a

)

Rodzaj szk a

SiO

2

Al

2

O

3

MgO CaO BaO Na

2

O K

2

O PbO B

2

O

3

Kwarcowe (krzemionkowe)

99,9

—

—

—

—

—

—

—

—

Sodowo-wapniowe okienne

72,5

1,5

3,5

9,0

—

13,5

—

—

—

Sodowo-wapniowe na opakowania

71,0

1,3

1,2

9,3

1,5

15,7

—

—

—

Sodowo-wapniowe gospodarcze

74,1

0,4

—

7,9

—

17,4

—

—

—

owiowe (kryszta owe)

58,0

0,3

—

—

—

2,7

14,5 24,5

—

Borowo-krzemowe neutralne na opakowania

farmaceutyczne

72,0

6,7

—

1,3

2,1

7,8

—

—

9,3

Borowo-krzemowe optyczne

69,6

—

—

—

2,6

8,5

8,5

—

10,0

a

Bez zanieczyszcze (np. Fe

2

O

3

, barwników, rodków klaruj cych).

7. Krzemiany i glinokrzemiany: naturalne (minera y) i syntetyczne (zeolity).

4-

31

Krzem

Si

32

Krzem

Si

Podstawowe struktury krzemianów

Si

4

O

11

6-

Si

4

O

10

4-

33

Krzem

Si

Zeolity: sita molekularne i katalizatory

Zeolit A (sito)

Zeolit ZSM-5

Produkcja benzyny z metanolu.

Si—O—Al

H+

Centrum kwasowe Brønsteda