От кварца к растворимому силикату и гелю
Переключай стадии. На схеме выделяется текущая форма вещества, а подпись у стрелки объясняет, какое условие связывает её со следующей.
Схема объясняет процесс; размеры, расстояния и цвета частиц условны. Это учебная модель, а не инструкция проведения опыта.
SiO₂ — сеть, а не отдельные молекулы
В кварце атомы связаны в пространственную структуру; формула SiO₂ задаёт отношение Si : O = 1 : 2. Прочные связи объясняют твёрдость и высокую температуру плавления. Структура отличается от молекулярного CO₂, хотя простейшие формулы похожи.
Кислотный характер оксида не означает обязательной реакции с водой. SiO₂ с водой в обычных условиях не образует заметного количества кремниевой кислоты. Поэтому схему «любой кислотный оксид + вода» нужно проверять для конкретного вещества.
| Признак / объект | Что означает | Пояснение |
|---|---|---|
| CO₂ | Молекулярное строение | Газ при обычных условиях |
| SiO₂ | Пространственная сеть | Твёрдое вещество |
| Общий признак | Кислотные оксиды | Не гарантирует одинаковых реакций с водой |
В кварце атомы связаны в пространственную структуру; формула SiO₂ задаёт отношение Si : O = 1 : 2. Прочные связи объясняют твёрдость и высокую температуру плавления.
Силикаты получают взаимодействием с основаниями
При нагревании SiO₂ реагирует со щёлочами и некоторыми основными оксидами. Например, SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O. С карбонатом натрия при нагревании образуются силикат и CO₂.
Эти реакции подтверждают кислотные свойства SiO₂. Условия существенны: смешение песка с прохладной водой не эквивалентно химической переработке при нагревании. Коэффициенты 1 : 2 перед SiO₂ и NaOH связаны с зарядом силикатного остатка в учебной формуле.
Со щёлочью
SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O
С основным оксидом
SiO₂ + CaO → CaSiO₃
С карбонатом
SiO₂ + Na₂CO₃ → Na₂SiO₃ + CO₂
При нагревании SiO₂ реагирует со щёлочами и некоторыми основными оксидами. Например, SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O.
Кристаллы кварца
Кварц — кристаллический SiO₂ с пространственной сетью связей, а не набором отдельных молекул.
JJ Harrison · Wikimedia Commons · CC BY-SA 2.5. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Образец очищенного кремния
Простое вещество Si имеет блеск, но хрупко и обладает полупроводниковыми свойствами.
Enricoros · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Кислота из растворимого силиката
При подкислении раствора силиката натрия появляется студенистый продукт. Школьная запись Na₂SiO₃ + 2HCl → H₂SiO₃↓ + 2NaCl обозначает образование гидратированного кремнезёма, состав и структура которого сложнее отдельной молекулы H₂SiO₃.
При обезвоживании получают материал на основе SiO₂. Запись H₂SiO₃ → SiO₂ + H₂O удобна как схема состава. Она не означает, что любые кремниевые кислоты существуют как одинаковые простые молекулы или дают абсолютно одинаковый гель.
Раствор Na₂SiO₃
Растворимая силикатная система
Подкисление
Снижение устойчивости растворённой формы
Гель
Гидратированный кремнезём
Обезвоживание
Материал на основе SiO₂
При подкислении раствора силиката натрия появляется студенистый продукт. Школьная запись Na₂SiO₃ + 2HCl → H₂SiO₃↓ + 2NaCl обозначает образование гидратированного кремнезёма, состав и структура которого сложнее отдельной молекулы H₂SiO₃.
Силикаты — большое семейство материалов
Многие природные силикаты образуют сложные структуры и плохо растворяются. Растворимые силикаты Na и K известны как жидкое стекло в виде водных растворов. Их применяют в связующих и покрытиях благодаря способности образовывать твёрдые силикатные материалы.
Силикагель имеет развитую поверхность и способен удерживать воду, поэтому используется как осушитель. Кварц, силикагель и силикатный раствор нельзя считать одним веществом с одинаковыми свойствами: важны состав, гидратация и структура.
| Материал | Основа | Особенность |
|---|---|---|
| Кварц | Кристаллический SiO₂ | Пространственная сеть |
| Силикагель | Пористый материал на основе SiO₂ | Развитая поверхность |
| Жидкое стекло | Растворы силикатов Na или K | Связующие свойства |
Многие природные силикаты образуют сложные структуры и плохо растворяются. Растворимые силикаты Na и K известны как жидкое стекло в виде водных растворов.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 9 класс», § 38. Материал переработан для объяснения; источник: 9 класс. Химия — § 38. Оксид кремния(IV). Кремниевая кислота и ее соли.pdf. Научные уточнения учитывают различие молекулярного и немолекулярного строения и границы учебных моделей.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
Royal Society of Chemistry: данные о химических элементах