Оксид кремния(IV) SiO2: свойства, получение, применение

Оксид кремния(IV) SiO2 — кислотный оксид, твёрдое тугоплавкое вещество с атомной решёткой, молярная масса 60 г/моль.

Ключевые факты

Формула
SiO2
Класс
оксид (кислотный)
Молярная масса
60 г/моль для расчётов ЕГЭ; по массам IUPAC 60,09 г/моль
Другие названия
кремнезём; кварц; песок (кварцевый)
Состояние
твёрдое вещество
Степени окисления
Si +4, O −2
Связь и строение
ковалентные полярные связи; каждый атом кремния окружён четырьмя атомами кислорода
Кристаллическая решётка
атомная
Соответствующая кислота
кремниевая H2SiO3 (очень слабая, нерастворима)

Обновлено · Химия · Редакция НейроМиши

Что такое оксид кремния(IV)?

Оксид кремния(IV) — самый распространённый оксид земной коры: из него состоят песок, кварц, горный хрусталь, агат. В кристалле нет отдельных молекул: атомы кремния и кислорода образуют единый каркас, поэтому формула SiO2 показывает лишь соотношение атомов.

Прочная атомная решётка определяет свойства: очень высокая температура плавления, твёрдость и нерастворимость в воде. Несмотря на это, SiO2 — кислотный оксид, хотя с водой он не реагирует. Чтобы получить соли кремниевой кислоты, его сплавляют со щелочами, оксидами и содой.

Какие физические свойства у оксида кремния(IV)?

Физические свойства: оксид кремния(IV) SiO2
СвойствоЗначение
Агрегатное состояниетвёрдое вещество
Цветбесцветный в виде кристаллов (горный хрусталь), белый или желтоватый в виде песка
Температура плавленияоколо 1700 °C
Твёрдостьвысокая, кварц царапает стекло
Растворимость в воденерастворим

Какие химические свойства у оксида кремния(IV)?

Реакции SiO2 идут в жёстких условиях — при сплавлении или нагревании. Группа свойств кислотного оксида (щёлочь, оксид, карбонат) дополняется двумя особыми: единственной кислотой, действующей на оксид, является плавиковая, а при восстановлении образуется кремний.

  1. Со щёлочью при сплавлении: силикатSiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2OУсловия: сплавление
  2. С основным оксидом при сплавленииSiO2 + CaO → CaSiO3Условия: сплавление
  3. С карбонатом при сплавлении: вытеснение углекислого газаSiO2 + Na2CO3 → Na2SiO3 + CO2↑Условия: сплавление
  4. С плавиковой кислотой: газообразный фторидSiO2 + 4HF → SiF4↑ + 2H2O
  5. С магнием: получение кремнияSiO2 + 2Mg → Si + 2MgOУсловия: нагревание
  6. С углеродом: восстановление в электропечиSiO2 + 2C → Si + 2CO↑Условия: около 1800 °C

С водой оксид кремния(IV) не реагирует, поэтому кремниевую кислоту получают не из него, а вытеснением из силиката более сильной кислотой. Плавиковая кислота разъедает стекло, и её хранят в пластмассовой посуде.

Как получают оксида кремния(IV)?

Горение кремния

Кремний сгорает в кислороде при нагревании.

  • Si + O2 → SiO2

Разложение кремниевой кислоты

Кремниевая кислота, выпавшая из раствора силиката в виде студенистого осадка, при нагревании теряет воду.

  • Na2SiO3 + 2HCl → 2NaCl + H2SiO3↓
  • H2SiO3 → SiO2 + H2O

Как распознать оксид кремния(IV)? Качественная реакция

Характерный признак оксида — нерастворимость в воде и кислотах (кроме плавиковой). Только в плавиковой кислоте он растворяется с выделением газа, и это отличает его от большинства оксидов.

  • SiO2 + 4HF → SiF4↑ + 2H2O

Где применяют оксида кремния(IV)?

  • производство стекла, керамики и цемента;
  • получение кремния для электроники и солнечных батарей;
  • строительный песок и кварцевое стекло для оптики и лабораторной посуды;
  • сырьё для оптического волокна.

Меры предосторожности. Мелкая кварцевая пыль при вдыхании вызывает силикоз — заболевание лёгких, поэтому в пыльных работах нужен респиратор; плавиковая кислота вызывает глубокие ожоги, и с ней работают только в защите.

Чему равна молярная масса оксида кремния(IV)?

M(SiO2) = 28 + 2·16 = 60 г/моль

Молярную массу вещества складывают из относительных атомных масс элементов с учётом индексов. На ЕГЭ массы округляют до целых, у хлора берут 35,5. Если брать массы IUPAC до сотых, получится 60,09 г/моль.

Посчитать молярную массу в калькуляторе · Количество вещества: n = m/M

Где оксид кремния(IV) встречается на ЕГЭ?

Вопросы и ответы

Чему равна молярная масса оксида кремния(IV)?

M(SiO2) = 28 + 2·16 = 60 г/моль. Для вещества с атомной решёткой это масса формульной единицы.

Почему оксид кремния(IV) не растворяется в воде?

В кристалле нет отдельных молекул: все атомы связаны прочными ковалентными связями в единый каркас. Молекулы воды не могут разорвать его.

Почему CO2 — газ, а SiO2 — твёрдое вещество?

Оксид углерода(IV) состоит из небольших молекул, между которыми слабые силы. Оксид кремния(IV) — атомный кристалл, и для его плавления нужно разорвать ковалентные связи.

С какой кислотой реагирует оксид кремния(IV)?

Из кислот — только с плавиковой (фтороводородной): образуется газообразный фторид кремния. С соляной, серной и азотной кислотами он не взаимодействует.

Потренироваться на заданиях

Страница объясняет вещество, а тренажёр помогает применить это в заданиях. В кабинете НейроМиши — задания ЕГЭ по химии с проверкой ответа и разбором ошибки. Начать можно без регистрации.

Задачи по теме — с проверкой Разбор заданий ЕГЭ по химии

Связанные элементы, таблицы и вещества

Элементы в составе: кремний Si, кислород O.

Другие вещества

Все вещества справочника · Таблица Менделеева

Источники