Загальні відомості про валентності кремнію
Кремній знаходиться в третьому періоді IV групі головною (А) підгрупі Періодичної таблиці.
Кремній стійкий тільки в алмазоподобной (кубічної) модифікації. Тугоплавок - температура плавлення дорівнює 1415 o С і відрізняється високою твердістю. Має темно-сірий колір і металевий вид. При кімнатній температурі кремній є напівпровідником. Графітоподібний модифікація кремнію нестійка.
Валентність кремнію в з'єднаннях
Кремній - чотирнадцятий за рахунком елемент Періодичної таблиці Д.І. Менделєєва. Він знаходиться в третьому періоді в IVA групі. В ядрі атома кремнію міститься 14 протонів і 14 нейтронів (масове число дорівнює 28). В атомі кремнію є три енергетичних рівня, на яких знаходяться 14 електронів (рис. 1).
Мал. 1. Будівлі атома кремнію.
Електронна формула атома кремнію в основному стані має наступний вигляд:
А енергетична діаграма (будується тільки для електронів зовнішнього енергетичного рівня, які по-іншому називають валентними):
Наявність двох неспарених електронів свідчить про те, що кремній здатний виявляти валентність II (Si II O).
Оскільки на третьому енергетичному шарі крім 3s-підрівні є ще і 3p-підрівень, для атома кремнію характерна наявність порушеної стану: пара електронів 3s-підрівні розпарюється і один з них займає вакантну орбіталь 3p-підрівні.
Наявність чотирьох неспарених електронів свідчить про те, що для кремнію також характерна валентність IV (зустрічається найчастіше) (Si IV O2. H2 Si IV O3. Si IV H4. Ca2 Si IV. Si IV F4 і ін.).
Приклади розв'язання задач
Обчисліть масу кремнію, який може прореагувати з гарячим розчином лугу об'ємом 200 мл (масова частка NaOH 35%, щільність 1,38 г / мл). Визначте об'єм водню, що виділяється в результаті цієї реакції.
Запишемо рівняння реакції:
Знайдемо масу розчину гідроксиду натрію, а також масу розчиненої речовини гідроксиду натрію в ньому:
msolution = Vsolution × ρ;
msolution = 200 × 1,38 = 276 м
ω = msolute / msolution × 100%;
msolute = ω / 100% × msolution;
msolute (NaOH) = ω (NaOH) / 100% × msolution;
msolute (NaOH) = 35/100% × 276 = 96,6 м
Розрахуємо кількість моль гідроксиду натрію (молярна маса дорівнює 40 г / моль):
n (NaOH) = m (NaOH) / M (NaOH);
n (NaOH) = 96,6 / 40 = 2,415 моль.
Відповідно до рівняння реакції n (NaOH): n (H2) = 1: 1. Значить,
n (NaOH) = n (H2) = 2,415 моль.
Тоді, обсяг виділився водню дорівнюватиме:
V (H2) = 2,415 × 22,4 = 56л.
Відповідно до рівняння реакції n (NaOH): n (Si) = 2: 1. Значить, кількість речовини кремнію дорівнюватиме:
n (Si) = 2 × n (NaOH) = 2 × 2,415 = 4,83 моль.
Тоді маса кремнію, що вступив у реакцію дорівнюватиме (молярна маса - 28 г / моль):
m (Si) = n (Si) × M (Si);
m (Si) = 4,83 × 28 = 135,24 м