Номер 2, страница 105 - гдз по химии 7 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава VII. Сложные вещества. §22. Представители оксидов. Проверьте свои знания - номер 2, страница 105.

Условие.

2. Какие особенности строения оксида кремния(IV) сказываются на его свойствах? Какие разновидности этого оксида вы знаете? Где они применяются?

Решение.

Решение 2.

Какие особенности строения оксида кремния(IV) сказываются на его свойствах?

Оксид кремния(IV) ($SiO_2$) является соединением с атомной кристаллической решёткой, в отличие, например, от оксида углерода(IV) ($CO_2$), который имеет молекулярное строение. Эта фундаментальная особенность строения определяет все его ключевые физические и химические свойства.

В кристаллической решётке $SiO_2$ каждый атом кремния ковалентно связан с четырьмя атомами кислорода, которые располагаются в вершинах тетраэдра. В свою очередь, каждый атом кислорода служит мостиком, соединяя два атома кремния. Таким образом, образуется единый трёхмерный полимерный каркас из очень прочных ковалентных связей $Si-O$.

Это строение обусловливает следующие свойства:

• Высокая температура плавления и кипения. Для того чтобы расплавить оксид кремния (температура плавления около $1723^{\circ}C$), необходимо затратить огромное количество энергии на разрыв множества прочных ковалентных связей во всём кристалле, а не на преодоление слабого межмолекулярного взаимодействия, как в случае с $CO_2$.
• Высокая твёрдость и прочность. Жёсткая и прочная атомная решётка придаёт оксиду кремния (например, кварцу) высокую твёрдость (7 по шкале Мооса).
• Нерастворимость в воде и большинстве растворителей. Молекулы растворителя не могут разрушить прочную кристаллическую решётку.
• Химическая инертность. Оксид кремния является кислотным оксидом, но из-за прочности решётки он не реагирует с водой и большинством кислот. Исключение составляет плавиковая кислота ($HF$), которая способна разрушать связи $Si-O$ с образованием летучего тетрафторида кремния:
  $SiO_2 + 4HF \rightarrow SiF_4 \uparrow + 2H_2O$
  Также он реагирует с концентрированными растворами щелочей и основными оксидами при сплавлении, образуя силикаты:
  $SiO_2 + 2NaOH \xrightarrow{t} Na_2SiO_3 + H_2O$
• Диэлектрические свойства. В кристаллической решётке отсутствуют свободные электроны или ионы, способные переносить заряд, поэтому оксид кремния является хорошим диэлектриком (изолятором).

Ответ: Главной особенностью строения оксида кремния(IV) является его атомная кристаллическая решётка, представляющая собой трёхмерный каркас из прочных ковалентных связей $Si-O$. Это обуславливает его высокую твёрдость, тугоплавкость, химическую инертность, нерастворимость в воде и диэлектрические свойства.

Какие разновидности этого оксида вы знаете? Где они применяются?

Оксид кремния(IV) существует в природе в виде множества разновидностей, которые можно разделить на кристаллические и аморфные.

Кристаллические разновидности (полиморфные модификации):

• Кварц – самая распространённая модификация. Встречается в виде горного хрусталя (прозрачные кристаллы), аметиста (фиолетовый), цитрина (жёлтый), раухтопаза (дымчатый). Также к кварцу относятся скрытокристаллические разновидности: халцедон, агат, кремень, яшма. Обычный речной и морской песок – это в основном зёрна кварца.
• Тридимит и кристобалит – высокотемпературные модификации, встречающиеся в вулканических породах.

Аморфные (некристаллические) разновидности:

• Кварцевое стекло – получают быстрым охлаждением расплавленного чистого $SiO_2$.
• Силикагель – пористая форма, получаемая искусственно.
• Опал – природный минералоид, содержащий в своей структуре связанную воду ($SiO_2 \cdot nH_2O$).
• Кизельгур (диатомит) – осадочная порода, состоящая из панцирей диатомовых водорослей.

Применение разновидностей оксида кремния:

• Песок (кварц): основной компонент для производства стекла, бетона, силикатного кирпича; используется в литейном деле (формовочный материал) и как абразив.
• Горный хрусталь и другие разновидности кварца: используются в ювелирном деле, для изготовления точных оптических приборов. Пьезоэлектрические свойства кварца применяются в радиотехнике и часовой промышленности (кварцевые резонаторы).
• Кварцевое стекло: из-за термостойкости и химической устойчивости из него делают лабораторную посуду, оптические волокна, колбы для УФ-ламп, изоляторы в микроэлектронике.
• Силикагель: применяется как осушитель (влагопоглотитель), носитель для катализаторов и в хроматографии.
• Кизельгур: используется как фильтрующий материал, мягкий абразив (в зубных пастах) и наполнитель.

Ответ: Известны кристаллические (кварц, тридимит, кристобалит) и аморфные (кварцевое стекло, силикагель, опал) разновидности оксида кремния(IV). Они широко применяются в строительстве (песок), производстве стекла, электронике (кварцевые резонаторы, оптоволокно), химии (силикагель), ювелирном деле (горный хрусталь, аметист) и многих других областях.