Кремний (Si): степень окисления, валентность, строение атома

Высшая степень окисления кремния — +4, низшая — −4. Характерные значения: −4, +4.

Главные степени окисления кремния — +4 в соединениях с кислородом и галогенами и −4 в силицидах металлов. В силане SiH₄ школьные учебники обычно пишут −4 по аналогии с метаном; но по шкале Полинга водород чуть электроотрицательнее кремния (2,20 против 1,90), так что строго там кремний +4, а водород −1.

Валентность кремния — IV (постоянная).

Кремний во всех соединениях школьного курса четырёхвалентен, как углерод: в возбуждённом состоянии 3s¹3p³ у него четыре неспаренных электрона.

Порядковый номер кремния — 14, поэтому заряд ядра +14: в ядре 14 протонов и 14 нейтронов (у самого распространённого изотопа ²⁸Si, массовое число 28).

Вокруг ядра — 14 электронов на трёх энергетических уровнях: 2, 8, 4. Число уровней равно номеру периода.

Внешний уровень — 3-й, на нём 4 электрона. Неспаренных электронов в основном состоянии — 2.

Схема: +14 Si )2 )8 )4

Сокращённо, через остов благородного газа: [Ne]3s²3p².

В возбуждённом состоянии один электрон с 3s переходит на свободную p-орбиталь: 3s²3p² → 3s¹3p³, неспаренных электронов становится 4.

Кремний — элемент № 14, 3-й период, IVА группа, ближайший аналог углерода.

Электроны по уровням 2, 8, 4; четыре внешних электрона 3s²3p² — два неспаренных в основном состоянии и четыре в возбуждённом.

Кремний менее активен, чем углерод: при нагревании горит до SiO₂, растворяется в щелочах с выделением водорода, но с кислотами не реагирует, кроме смеси плавиковой и азотной.

Оксид SiO₂ (кварц, песок) кислотный, но с водой не реагирует; кремниевая кислота H₂SiO₃ слабая и нерастворимая, её соли — силикаты — основа стекла, цемента и керамики.

По распространённости в земной коре кремний второй после кислорода.

Простое вещество — тёмно-серые кристаллы с металлическим блеском и атомной решёткой, как у алмаза; кремний — полупроводник, основа микросхем и солнечных батарей.

Молярная масса элемента численно равна его относительной атомной массе A_r. В расчётах ЕГЭ её берут округлённой до целого: 28 г/моль. Точное значение по IUPAC — 28,09 г/моль.