1) Положение кремния в ПСХЭ.
1. Химический знак – Si
2. Порядковый номер – 14
3. Атомная масса – 28,086
4. Кремний находится в IV группе, гл. подгруппе, 3 малый период.
2) В природе кремний представлен тремя стабильными изотопами:
28 Si (92,28%); 29 Si (4,68%); 30 Si (3,05%)
3) Рассмотрим строение атома:
1. Число протонов, электронов, нейтронов:
14р + ; 14ē; 14 ń 0 .
2. Электронная формула:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2
3. Электронно-графическая формула:
4) Семейство – р-элемент
5) Важнейшие степени окисления: – 4; 0; +4.
6) Характер элемента – неметалл
7) Соединения ХЭ
1. Высший оксид – оксид кремния (IV) SiO 2
2. Высший гидроксид – кремниевая кислота H 2 SiO 3
3. Летучее водородное соединение – силан SiH 4
А теперь мы рассмотрим нахождение кремния
в природе
.
Кремний – это один из распространенных в земле
элементов (25% массы). Главная часть находится в
соединениях кремния с кислородом и др. металлами
– силикатных породах.
Соединения, в состав которых входит оксид
алюминия, называются алюмосиликатами
.
Таковы белая глина, слюда, полевой шпат.
Значительная часть кремния представлена оксидом
кремния (IV) – кремнезема. Окрашивание оксида
кремния (IV) различными примесями образует
драгоценные и полудрагоценные камни, например,
изумруд, топаз, аквамарин и др.
Вообще в чистом виде кремний был выделен в 1811
году французским учёным Жозефом Луи
Гей–Люссаком и Луи Жаком Тенаром. Название
кремний произошло от латинского «silex» – кремень,
но в 1834 году русский химик Герман Иванович Гесс
ввел другое название – кремний.
Рассмотрим кремний как простое вещество .
1) Химическая формула – Si
2) Молекулярная масса – 28,086
3) Тип хим. связи – ковалентная неполярная
4) Тип структуры кристаллической решётки – атомная
Кремний может находиться в 2х аллотропных модификациях:
Аллотропные модификации
Наконец мы добрались до химических свойств. Химические свойства кремния мы рассмотрим по следующей схеме:
Проявляет восстановительные свойства:
1. Реагирует с простыми веществами – неметаллами
а) с галогенами:
Si +2F 2 = SiF4
Si + 2Cl 2 = SiCl4
Si + 2Br 2 = SiBr 4
б) с кислородом (при t°)
2. Взаимодействует со сложными веществами
а) кислотами:
3Si + 12HF + 4HNO 3 = 3SiF 4 + 4NO + 8H 2 O
б) щелочами:
Si + 2NaOH + H 2 O = Na2SiO 3 + 2H 2
Проявляет окислительные свойства:
а) с металлами:
Кремний применяется во многих отраслях промышленности:
– при производстве жаропрочных и кислотоупорных сталей
– электротехнике
– солнечных батареях.
Поговорим о получении кремния. Кремний получают как в промышленности, так и лаборатории.
– в промышленности
В электрических печах при высокой температуре происходит восстановление кремния из его оксида коксом (углём):
SiO 2 + 2C = Si + 2CO
– в лаборатории
В качестве восстановителей используют магний или алюминий:
SiO 2 + 2Mg = Si + 2MgO
3SiO 2 + 4Al = 3Si + 2Al 2 O 3
Государственное общеобразовательное учреждение общеобразовательная школа № 89 Калининского района Санкт-Петербурга
Учитель химии: Малиновская Юлия Владиславовна
Конспект урока по теме: «Положение углерода и кремния в периодической системе химических элементов, сравнительная характеристика этих элементов. Аллотропия углерода.»
Класс
: 9 класс
Цель:
создать условия для систематизации и углубления знаний учащихся о строении атомов, взаимосвязи состава – строения – свойств веществ
Задачи:
Образовательные:
Тип урока
: по дидактической цели – совершенствования и применения знаний; по способу организации – применения знаний и ознакомления с новым материалом
Используемые образовательные технологии:
Форма проведения
: сочетание беседы, самостоятельной деятельности
Оборудование:
компьютер, проектор, компьютерная презентация, коллекция: «Виды угля», образцы кристаллических решеток алмаза и графита.
1 этап урока
Организационный. Объявление темы урока.
Здравствуйте! Сегодня на уроке мы будем говорить о двух химических элементах.
Названия этих элементов происходит от латинских слов «карбо» и «ляпис креманс». (Учащиеся сразу понимают, что речь пойдет об углероде и кремнии.).
«Карбо» - «карбонеум» - означает «уголь» - углерод, а «ляпис креманс» - камень, дающий огонь – кремний.
Сегодня на уроке нам необходимо будет дать сравнительную характеристику этих элементов, используя ранее полученные знания.
В тетрадях учащиеся записывают тему урока: «Сравнительная характеристика элементов углерода и кремния».
Сравнить, значит выбрать в первую очередь, критерии сравнения. Скажите, пожалуйста, какие критерии мы, по вашему мнению, должны сравнивать. Учащиеся отвечают: положение в ПС, строение атомов, валентные возможности, степени окисления и т.п.
Используя знания о строении атомов, характеристике элементов по положения в ПС, учащиеся самостоятельно заполняют сравнительную таблицу № 1.
|
Критерии сравнения |
С углерод
|
Si кремний
|
|
Положение в ПС |
2 период, IV группа, главная подгруппа (А) |
3 период, IV группа, главная подгруппа (А) |
|
Строение атомов |
Z я =+6, р=6, е=6, n=12-6=6, внешние е=4 |
Z я =+14, р=14, е=14, n=28-14=14, внешние е=4 |
|
Электронная конфигурация атомов |
1s 2 2s 2 2p 2 |
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 |
|
Валентные возможности |
II в стационарном состоянии IV в возбужденном состоянии |
|
|
Возможные степени окисления |
от -4 до +4 СН 4 , С 2 Н 6 , С 2 Н 4 , СаС 2 , С, С 2 F 2 , СО, С 2 F 6 , СО 2
|
-4, 0, +2, +4 Mg 2 Si, Si , SiO, SiO 2 |
|
Радиус атома |
возрастает |
|
|
Электроотрицательность (по шкале Полинга) |
2,5 |
1,9 |
|
Формула высшего оксида, его характер, название |
СО 2 – кислотный, оксид углерода (IV), углекислый газ, диоксид углерода |
SiO 2 – кислотный, оксид кремния (IV) |
|
Формула высшего гидроксида, его характер, название |
H 2 CO 3 – слабая нестойкая кислота (СО 2 + H 2 O), соли - карбонаты |
H 2 SiO 3 – слабая кислота, имеет полимерную структуру (SiO 2 nH 2 O), соли - силикаты |
|
Водородное соединение |
СН 4 - метан |
SiН 4 – силан (неустойчив) |
|
В природе |
Необходимый элемент органических веществ |
Наиболее распространенный (после кислорода) элемент земной коры |
По окончании самостоятельной работы по заполнению таблицы, все вместе с учителем заполняют заранее написанную на доске таблицу. В процессе совместного заполнения учащиеся вместе с учителем отмечают, проговаривают некоторые особенности элементов, на которые необходимо обратить внимание:
3 этап урока
От характеристики химических элементов – к простым веществам.
Работа с компьютерной презентацией.
Для атомов углерода характерна аллотропия. Учащиеся вспоминают определение понятию – «аллотропия». Учитель спрашивает: «У каких ранее пройденных химических элементов есть аллотропные модификации?».
Учащиеся приводят примеры: элемент кислород (О) – О 2 – кислород, О 3 – озон; элемент сера (S) – кристаллическая и пластическая сера.
Далее учитель спрашивает учащихся, может быть им известны аллотропные модификации углерода.
Углерод существует в форме следующих простых веществ: алмаз, графит, карбин, фуллерен. Уголь, сажу можно рассматривать как разновидности графита.
Интерес представляет древесный уголь.
С ним был знаком еще первобытный человек: он находил его на местах пожарищ и после разводимых им костров. Древесный уголь обладает большой пористостью и не тонет. В 1785 г. ученый – химик Товий Ловиц нечаянно пролил винную кислоту (бурого цвета из-за примесей) на смесь песка с углем. Ловиц собрал пролившийся раствор, отфильтровал его от песка с углем. В фильтре осталось бесцветное вещество. Оказалось, что уголь поглотил примеси, содержащиеся в винной кислоте. Так было открыто явления, которое называют адсорбцией.
Адсорбция – свойства угля и других твердых веществ удерживать на своей поверхности газы и растворенные вещества. Вещества, на поверхности которых происходит адсорбция, называют адсорбентами.
Адсорбция угля обуславливается его пористостью. Чем больше пор, тем лучше сорбционная способность угля. Но, обычно, поры угля заполнены различными веществами. Чтобы их очистить, уголь нагревают в струе водяного пара. Такой уголь, с очищенными порами, называют активированным.
В первую мировую войну, явление адсорбции нашло применение в борьбе с боевыми отравляющими веществами. Хлор (удушающий газ) был применен в 1915 году на западном фронте около города Ипра против англо-французских войск. Атака хлором лишила боеспособности целую дивизию (15 тыс чел были выведены из строя, 5 тыс – погибли).
Русский профессор Николай Зелинский (позднее академик) изобрел и провел испытание в июле 1915 г противогаза, действующего на основе явления адсорбции.
Кремний образует простое вещество – кристаллический кремний. Существует так же аморфный кремний – порошок белого цвета.
Далее учитель останавливается и обозначает физические свойства каждого простого вещества, образованного атомами углерода (слайды).
Учитель обращает внимание учащихся на то, что алмаз и графит, состоящие из атомов углерода, имеют такие разные физические свойства. Почему? (не всегда учащиеся могут дать ответ на этот вопрос). Учитель обращает внимание на различное строение кристаллических решеток алмаза и графита.
В кристалле алмаза каждый атом углерода образует четыре прочные ковалентные связи, они направлены к вершинам тетраэдра, все расстояния между атомами одинаковые. В графите же расстояние между атомами в слое гораздо меньше, чем расстояние между слоями (образцы кристаллических решеток).
4 этап урока
Его цель: расширение общекультурного кругозора учащихся, установление межпредметных связей химии с историей.
На предыдущем уроке, в качестве домашнего задания, учитель предложил учащимся найти интересные факты об истории алмаза и подготовить выступлении с компьютерной презентацией.
Если есть учащиеся, выполнившие задание, учитель предоставляет им слово, если нет, то рассказывает сам и показывает свою презентацию.
5 этап урока
Подведение итогов. Рефлексия.
Учащиеся отвечают на вопросы:
Какие новые понятия были изучены на уроке?
Какие вопросы вызвали затруднения? И т.п.
Учитель ставит оценки тем, учащимся, которые показали хорошие и отличные знания в процессе урока, были активны.
Кремний (Si) – стоит в 3 периоде, IV группе главной подгруппы периодической системы. Физические свойства: кремний существует в двух модификациях: аморфной и кристаллической. Аморфный кремний – порошок бурого цвета, плотностью 2,33 г/см3, растворяется в расплавах металлов. Кристаллический кремний – это кристаллы темно-серого цвета, обладающие стальным блеском, твердый и хрупкий, плотностью 2,4 г/см3. Кремний состоит из трех изотопов: Si (28), Si (29), Si (30).
Химические свойства: электронная конфигурация: 1s22s22p6 3 s2 3p2 . Кремний – неметалл. На внешнем энергетическом уровне кремний имеет 4 электрона, что обуславливает его степени окисления: +4, -4, -2. Валентность – 2, 4. Аморфный кремний обладает большей реакционной способностью, чем кристаллический. При обычных условиях он взаимодействует со фтором: Si + 2F2 = SiF4. При 1000 °C Si реагирует с неметаллами: с CL2, N2, C, S.
Из кислот кремний взаимодействует только со смесью азотной и плавиковой кислот:
По отношению к металлам ведет себя по-разному: в расплавленных Zn, Al, Sn, Pb он хорошо растворяется, но не реагирует с ними; с другими расплавами металлов – с Mg, Cu, Fe кремний взаимодействует с образованием силицидов: Si + 2Mg = Mg2Si. Кремний горит в кислороде: Si + O2 = SiO2 (песок).
Диоксид кремния или кремнезем – стойкое соединение Si , широко распространен в природе. Реагирует со сплавлением его с щелочами, основными оксидами, образуя соли кремниевой кислоты – силикаты. Получение: в промышленности кремний в чистом виде получают восстановлением диоксида кремния коксом в электропечах: SiO2 + 2С = Si + 2СO?.
В лаборатории кремний получают прокаливанием с магнием или алюминием белого песка:
SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si.
3SiO2 + 4Al = Al2О3 + 3Si.
Кремний образует кислоты: Н2SiO3 – мета-кремниевая кислота; Н2Si2O5 – двуметакремниевая кислота.
Нахождение в природе: минерал кварц – SiO2. Кристаллы кварца имеют форму шестигранной призмы, бесцветные и прозрачные, называются горным хрусталем. Аметист – горный хрусталь, окрашенный примесями в лиловый цвет; дымчатый топаз окрашен в буроватый цвет; агат и яшма – кристаллические разновидности кварца. Аморфный кремнезем менее распространен и существует в виде минерала опала – SiO2 nН2О. Диатомит, трепел или кизельгур (инфузорная земля) – землистые формы аморфного кремния.
Коллоидные растворы – высокодисперсные двухфазные системы, состоящие из дисперсионной среды и дисперсной фазы. По размерам частиц являются промежуточными между истинными растворами, суспензиями и эмульсиями. У коллоидных частиц молекулярный или ионный состав.
Существуют три типа внутренней структуры первичных частиц.
1. Суспензоиды (или необратимые коллоиды) – гетерогенные системы, свойства которых можно определить развитой межфазовой поверхностью. По сравнению с суспензиями более высокодисперсные. Не могут долго существовать без стабилизатора дисперсности. Их называют необратимыми коллоидами из-за того, что их осадки после выпаривания вновь не образуют золей. Их концентрация мала – 0,1 %. От вязкости дисперсной среды отличаются незначительно.
Суспензоиды можно получить:
1) методами диспергирования (измельчение крупных тел);
2) методами конденсации (получение нерастворимых соединений при помощи реакций обмена, гидролиза и т. п.).
Самопроизвольное уменьшение дисперсности у суспензоидов зависит от свободной поверхностной энергии. Чтобы получить длительно сохраняющуюся суспензию, необходимы условия для ее стабилизации.
Устойчивые дисперсные системы:
1) дисперсионная среда;
2) дисперсная фаза;
3) стабилизатор дисперсной системы.
Стабилизатор может быть ионный, молекулярный, но чаще всего – высокомолекулярный.
Защитные коллоиды – высокомолекулярные соединения, которые добавляют для стабилизации (белки, пептиды, поливиниловый спирт и др.).
2. Ассоциативные (или мицеллярные коллоиды) – полуколлоиды, возникающие при достаточной концентрации молекул, состоящих из углеводородных радикалов (дифильные молекулы) низкомолекулярных веществ при ассоциации их в агрегаты молекул (мицеллы). Мицеллы образуются в водных растворах моющих средств (мыл), органических красителей.
3. Молекулярные коллоиды (обратимые или лиофильные коллоиды) – природные и синтетические высокомолекулярные вещества с большим молекулярным весом. Молекулы их имеют размер коллоидных частиц (макромолекулы).
Разбавленные растворы коллоидов высокомолекулярных соединений – гомогенные растворы. При сильном разбавлении эти растворы подчиняются законам разбавленных растворов.
Неполярные макромолекулы растворяются в углеводородах, полярные – в полярных растворителях.
Обратимые коллоиды – вещества, сухой остаток которых при добавлении новой порции растворителя вновь переходит в раствор.
