Poniższy rozdział przygotowałem na podstawie książki: "225 Doświadczeń Chemicznych" Kurt Waselowsky. Zawarty tam materiał wzbogaciłem własnymi eksperymentami.

Krzem, symbol chemiczny Si, tak jak i węgiel należy do IV grupy głównej układu okresowego pierwiastków. Czysty krzem (gęstość 2,33 g/cm3) jest bardzo twardy i tworzy ciemne, metalicznie błyszczące kryształy. Atomy krzemu w kryształach tworzą sieć krystaliczną podobną do takiej, jaką atomy węgla tworzą w diamentach. O ile taki diament jest materiałem nieprzewodzącym prądu elektrycznego o tyle krzem zalicza się do półprzewodników. Można przyjąć, że całkowicie czysty krzem zupełnie nie przewodzi prądu elektrycznego (przewodnictwo krzemu jest mniej więcej 10 000 razy gorsze niż szkła), ale wystarczają nadzwyczaj małe domieszki innych materiałów, które praktycznie występują w nim zawsze, aby przewodnictwo zwiększyło się zauważalnie. Korzysta się z tego w technice półprzewodników.

Krzem podobnie jak węgiel tworzy tlenek SiO i dwutlenek SiO2. Dwutlenek krzemu jest najczęściej spotykanym związkiem nieorganicznym zewnętrznej skorupy Ziemi. Występuje on przede wszystkim w postaci minerału kwarcu w najprzeróżniejszych formach: np. kryształ górski, ametyst, karneol, jaspis i wiele innych. Zwyczajny piasek także w większej części składa się z kwarcu. Formą bezpostaciową dwutlenku krzemu jest ziemia okrzemkowa - diatomit - drobnoziarnisty, luźny proszek pochodzący ze szkieletów mikroskopijnych glonów - okrzemków (diatomae). Przyjmuje się, że 1 cm3 ziemi okrzemkowej zawiera 1 miliard szkieletów okrzemków.

Efektowny eksperyment z krzemem.
Krzem może łączyć się z wodorem tworząc krzemowodory, podobnie jak węgiel tworzy węglowodory:
CH4 - metan        SiH4 - krzemometan (silan)
Węglowodory i krzemowodory są podobne nie tylko pod względem budowy, ale też podobne są metody ich otrzymywania. Metan otrzymuje się z węglika glinu i wody:
Al4C3 + 12 H2O = 4Al(OH)3 + CH3
a krzemometan - działaniem kwasu na krzemek magnezu:
Mg2Si + 4HCl = 2MgCl2 + SiH4

Nasz eksperyment polegał będzie właśnie na otrzymaniu krzemometanu, który ma ciekawe właściwości ale o nich później. Na początku musimy wytworzyć krzemek magnezu, który praktycznie powstaje zawsze jako produkt uboczny podczas redukcji dwutlenku krzemu magnezem:
2Mg + SiO2 = 2MgO + Si
Część powstałego krzemu przechodzi w krzemek magnezu przede wszystkim wtedy, gdy występuje nadmiar magnezu:
2Mg + Si = Mg2Si
Zaczynamy:
Mieszamy dokładnie 2g proszku magnezu i 1g piasku kwarcowego, ziemi okrzemkowej lub tak jak ja czystego dwutlenku krzemu.
Mieszaninę możemy umieścić w probówce zamocowanej na statywie i ogrzewać aż do rozżarzenia zawartości, probówka w wielu miejscach popęka i jej dolna część zabarwi się na ciemnobrązowo. Po ostygnięciu z mieszaniny poreakcyjnej należy usunąć odłamki szkła i zebrać ją do innego naczynia - będzie potrzebna w dalszej części eksperymentu.
Bardziej efektowną metodą przeprowadzenia eksperymentu jest zapalenie mieszaniny na powietrzu. W tym celu na metalowej płycie usypujemy z reagentów mały kopczyk i w jego szczyt wkładamy odcinek wstążki magnezowej. Tą metodą otrzymamy mniejszy udział krzemku magnezu w produktach reakcji ale warto, zwłaszcza gdy eksperyment ogląda więcej osób.


W obu metodach może nastąpić rozprysk gorących reagentów - dlatego należy pamiętać o OKULARACH OCHRONNYCH !!!.


Mieszanina poreakcyjna składa się z tlenku magnezu, nieprzereagowanego dwutlenku krzemu oraz szarobrązowego proszku, który jest właśnie krzemkiem magnezu.
Teraz niewielką ilość proszku umieszczamy w małej kolbce i zalewamy paroma mililitrami stężonego kwasu solnego.
Doświadczenie trzeba przeprowadzić na świeżym powietrzu lub pod wyciągiem ! Nie wdychać uchodzących gazów ! Założyć okulary ochronne !

Po dodaniu kwasu natychmiast rozpoczyna się wytwarzanie gazu i tu spotyka nas ciekawa niespodzianka - gdy tylko pęcherzyk gazu wydostanie się na powierzchnię natychmiast z trzaskiem spala się jasnym płomieniem obserwujemy przy tym delikatny dym.

 

 

 


Zgodnie z podanym już wcześniej równaniem z krzemku magnezu i kwasu powstają krzemowodowy, które zapalają się samorzutnie i spalają na powietrzu do dwutlenku krzemu i wody:
SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2H2O
Delikatny dym, powstający podczas połączonego z trzaskiem zapalania pęcherzyków gazu, jest właśnie dwutlenkiem krzemu. Temu dymowi krzem zawdzięcza swoja nazwę. Sławny szwedzki chemik Jons Jakob Berzelius (1779 - 1848), który po raz pierwszy otrzymał krzem z czterofluorku krzemu, zauważył także, że podczas spalania krzemu powstaje kwarc, określany wówczas mianem krzemionki. Z tego powodu uczony nadał nowo odkrytemu pierwiastkowi nazwę krzemu.
Gaz powstający po dodaniu kwasu solnego nie jest tylko krzemowodorem. Nie przereagowany magnez wchodzi w reakcję z kwasem, wytwarzając wodór. Gaz ten wprawdzie nie jest samozapalny ale zapala się po samozapłonie krzemowodoru.
Gdy zakończy się wytwarzanie gazu, na dnie kolbki spostrzegamy szarobrązową masę składającą się z krzemu i nie przereagowanego dwutlenku krzemu.

Odwiedź nas na Allegro: PaneleAllegro.pl

Komentarze

PaneleAllegro.pl darmowe panele allegro