§ 41. Элементы IVA-группы. Углерод и кремний

 Химические свойства

Углерод и кремний, как и подавляющее число других неметаллов, проявляют как окислительные (например, реагируя с металлами), так и восстановительные свойства (в реакциях с кислородом и фтором, некоторыми оксидами):

Химические свойства Углерод Кремний
Восстановительные straight C with 0 on top space plus space straight O subscript 2 stack space equals space with t on top straight C with plus 4 on top straight O subscript 2 Si with 0 on top space plus space straight O subscript 2 space stack equals space with t on top Si with plus 4 on top straight O subscript 2
3 stack straight C space with 0 on top plus space 2 Fe subscript 2 straight O subscript 3 stack space equals with t on top space 4 Fe space plus space stack 3 straight C with plus 4 on top straight O subscript 2 3 stack Si space with 0 on top plus space 2 Fe subscript 2 straight O subscript 3 stack space equals space with t on top 4 Fe space plus space stack 3 Si with plus 4 on top straight O subscript 2
Окислительные stack 4 Al space plus space with металл below 3 stack straight C with 0 on top stack space equals with t on top space Al subscript 4 straight C with negative 4 on top subscript 3 number space number space number space with карбид space space алюминия below stack 4 Mg space plus with металл below stack stack space Si space with 0 on top equals with t on top space Mg subscript 2 Si with negative 4 on top number space number space number space with силицид space space магния below
stack straight C space with 0 on top plus space 2 straight H subscript 2 stack space equals space with t comma space кат. on top stack straight C with negative 4 on top straight H subscript 4 with метан below С водородом не взаимодействует
img

Также вспомним, что углерод вступает в реакцию с оксидом кальция:

begin mathsize 14px style СаО space plus space 3 stack straight С space with 0 on top equals space straight С аС with space space minus 1 on top subscript 2 space end subscript plus space stack straight С space with plus 2 on top straight О end style,

а образующийся при этом карбид используют для получения ацетилена (например, для газовой сварки):

begin mathsize 14px style СаС subscript 2 space plus space 2 straight Н subscript 2 straight О space equals space Са left parenthesis ОН right parenthesis subscript 2 not stretchy downwards arrow space plus space straight С subscript 2 straight Н subscript 2 not stretchy upwards arrow end style.

ul

Второй важной реакцией, известной вам из курса химии 9-го класса, является взаимодействие углерода и кремния при высоких температурах:

Si with 0 on top space space plus straight C with 0 on top space equals with t on top space Si with plus 4 on top straight C with negative 4 on top.

Продукт реакции — карборунд SiC обладает высокой твёрдостью и термостойкостью, вследствие чего широко используется как абразивный и режущий материал, конструкционный материал в автомобилестроении, химической промышленности, ядерной энергетике. Полупроводниковые свойства обеспечивают его применение в электронике и электротехнике, оптические — в точной оптике и ювелирных изделиях (рис. 97.1).

img
Рис. 97.1.. Инструмент для абразивной обработки и огнеупорные керамические изделия из карбида кремния
img

В промышленных масштабах карборунд получают при температуре 1600−2500 °С, используя в качестве сырья оксид кремния(IV) и углерод:

SiO2 + 3C = SiC + 2CO↑.