Bài 22. Silic và hợp chất của silic

I- SILIC

1. Tính chất vật lí

Silic có các dạng thù hình: silic tinh thể và silic vô định hình

Silic tinh thể có cấu trúc giống kim cương, màu xám, có ánh kim, nóng chảy ở nhiệt độ 1420^oC. Silic tinh thể có tính bán dẫn: ở nhiệt độ thường dẫn điện thấp, nhưng khi tăng nhiệt độ thì độ dẫn điện tăng lên.

Silic vô định hình là chất bột màu nâu.

2. Tính chất hóa học

Cũng giống như cacbon, silic có các số oxi hóa −4,0,+2 và +4; số oxi hóa +2 ít đặc trưng đối với silic.

Silic vô định hình có khả năng phản ứng cao hơn silic tinh thể.

a) Tính khử

Tác dụng với phi kim: Silic tác dụng với flo ở nhiệt độ thường, còn khi đun nóng có thể tác dụng với các phi kim khác:

Si+2F₂→Si+4F₄(silictetraflorua)

Si+O₂→t^o Si+4O₂(silicđioxit)

Tác dụng với hợp chất: Silic tác dụng tương  đối mạnh với dung dịch kiềm, giải phóng hiđro.

Si+2NaOH+H₂O→Na₂Si+4O₃+2H₂↑

b) Tính oxi hóa

Ở nhiệt độ cao, silic tác dụng với các kim loại như Ca,Mg,Fe,… tạo thành hợp chất silixua kim loại. Thí dụ:

2Mg+Si−→t^o Mg₂Si(magiesilixua)

3.Trạng thái tự nhiên

Silic là nguyên tố phổ biến thứ hai sau oxi, chiếm gần 29,5% khối lượng vỏ Trái Đất. Trong tự nhiên chỉ gặp silic dưới dạng các hợp chất, chủ yếu là cát (SiO₂), các khoáng vật silicat và aluminosilicat như: cao lanh (Al₂O₃.2SiO₂.2H₂O), xecpentin (3MgO.2SiO₂.2H₂O),… Silic còn có trong cơ thể động vât, thực vật với lượng nhỏ và có vai trò đáng kể trong hoạt động của thế giới hữu sinh.

4. Ứng dụng và điều chế

* Silic siêu tinh khiết là chất bán dẫn được dùng trong kĩ thuật vô tuyến và điện tử. Pin mặt trời chế tạo từ silic có khả năng chuyển năng lượng mặt trời thành điện năng, cung cấp cho các thiết bị trên tàu vũ trụ.

Trong luyện kim, hợp kim ferosilic được dùng để chế tạo thép chịu axit.

* Trong phòng thí nghiệm , silic được điều chế bằng cách đốt cháy một hỗn hợp gồm bột magie và cát nghiền mịn:

SiO₂+2Mg→t^o Si+2MgO

* Trong công nghiệp, silic được điều chế bằng cách dùng than cốc khử silic đioxit trong lò điện ở nhiệt độ cao:

SiO₂+2C→t^o Si+2CO

II- HỢP CHẤT CỦA SILIC

1. Silic đioxit

* Silic đioxit (SiO₂) là chất ở dạng tinh thể, nóng chảy ở 1713^oC, không tan trong nước. Trong tự nhiên, SiO₂ tinh thể chủ yếu ở dạng khoáng vật thạch anh. Thạch anh tồn tại ở dạng tinh thể lớn, không màu, trong suốt. Cát SiO₂ có chứa nhiều tạm chất.

* Silic đioxit là oxit axit, tan chậm trong dung dịch kiềm đặc nóng, dễ tan trong kiềm nóng chảy hoặc cacbonat kim loại kiềm nóng chảy, tạo thành silicat.

Thí dụ:               

SiO₂+2NaOH→t^o Na₂SiO₃+H₂O                   

SiO₂+Na₂CO₃→t^o Na₂SiO₃+CO₂

* Silic đioxit tan trong axit flohiđric:

SiO₂+4HF→SiF₄+2H₂O

Dựa vào phản ứng này người ta dùng dung dịch  HF để khắc chữ và hình trên thủy tinh.

2. Axit silixit và muối silicat

a) Axit silixic

Axit silixic (H₂SiO₃) là chất ở dạng keo, không tan trong nước, khi đun nóng dễ mất nước:

H₂SiO₃→t^o SiO₂+H₂O

Khi sấy khô, axit silixic mất một phần nước, tạo thành một vật liệu xốp là silicagen. Silicagen được dùng để hút ẩm và  hấp thụ nhều chất.

Axit silixic là axit rất yếu. yếu hơn cả axit cacbonic, nên dễ bị khí CO2 đẩy ra khỏi dung dịch muối của nó:

Na₂SiO₃+CO₂+H₂O→H₂SiO₃+Na₂CO₃

b) Muối silicat

Axit silixic dễ tan trong dung dịch kiềm, tạo thành muối silicat. Chỉ có silicat kim loại kiềm tan được trong nước. Dung dịch đậm đặc của Na2SiO3 và K2SiO3 được gọi là thủy tinh lỏng. Vải hoặc gỗ tẩm thủy tinh lỏng sẽ khó bị cháy. Thủy tinh lỏng còn được dùng chế tạo keo dán thủy tinh và sứ.

Ở trong dung dịch, silicat kim loại kiềm bị thủy phân mạnh tạo ra môi trường kiềm.

Thí dụ:

Na₂SiO₃+2H₂O⇌2NaOH+H₂SiO₃