Номер 9, страница 185 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

9. Оксиды кремния(IV) и углерода(IV) описываются одинаковой общей формулой — $RO_2$. Почему их свойства сильно отличаются? Какие кристаллические решётки характерны для этих веществ в твёрдом состоянии? Существует ли молекула $SiO_2$?

Несмотря на то, что оксид кремния(IV) ($SiO_2$) и оксид углерода(IV) ($CO_2$) описываются одинаковой общей формулой $RO_2$, их свойства кардинально различаются из-за разного строения.

Почему их свойства сильно отличаются?

Основная причина различий в свойствах заключается в типе химической связи и строении кристаллических решёток этих веществ.

1. Оксид углерода(IV) ($CO_2$): Углерод — элемент 2-го периода. Атомы углерода способны образовывать прочные двойные $\pi$-связи с атомами кислорода. В результате образуются отдельные, линейные молекулы $O=C=O$. В твёрдом состоянии (сухой лёд) эти молекулы связаны между собой очень слабыми межмолекулярными силами (силами Ван-дер-Ваальса). Поэтому для их преодоления требуется мало энергии, что объясняет, почему $CO_2$ является газом при нормальных условиях и имеет низкую температуру сублимации (-78,5 °C).

2. Оксид кремния(IV) ($SiO_2$): Кремний — элемент 3-го периода. Его атом имеет больший радиус по сравнению с атомом углерода, и образование стабильных $\pi$-связей для него нехарактерно. Вместо этого каждый атом кремния образует четыре прочные одинарные ковалентные связи с четырьмя разными атомами кислорода, располагаясь в центре тетраэдра. В свою очередь, каждый атом кислорода связан с двумя атомами кремния. Это приводит к образованию гигантской трёхмерной структуры — полимера, где все атомы прочно связаны друг с другом ковалентными связями. Чтобы расплавить или испарить такое вещество, необходимо разорвать эти прочные связи, что требует огромного количества энергии. Этим объясняются его свойства: $SiO_2$ (кварц, песок) — это очень твёрдое, тугоплавкое вещество (температура плавления около 1725 °C).

Ответ: Свойства оксидов кремния(IV) и углерода(IV) сильно отличаются из-за разного типа химических связей и строения. $CO_2$ состоит из отдельных молекул, связанных слабыми межмолекулярными силами, а $SiO_2$ представляет собой гигантскую атомную структуру с прочными ковалентными связями между всеми атомами.

Какие кристаллические решётки характерны для этих веществ в твёрдом состоянии?

Исходя из их строения, в твёрдом состоянии эти оксиды имеют разные типы кристаллических решёток:

• Для оксида углерода(IV) ($CO_2$) в твёрдом виде (сухой лёд) характерна молекулярная кристаллическая решётка. В узлах этой решётки находятся молекулы $CO_2$, удерживаемые слабыми межмолекулярными силами.
• Для оксида кремния(IV) ($SiO_2$) (например, в форме кварца) характерна атомная кристаллическая решётка. В узлах решётки находятся атомы кремния и кислорода, соединённые прочными ковалентными связями.

Ответ: Для твёрдого $CO_2$ характерна молекулярная кристаллическая решётка, а для $SiO_2$ — атомная кристаллическая решётка.

Существует ли молекула SiO₂?

В обычных условиях дискретных (отдельных) молекул $SiO_2$, аналогичных молекулам $CO_2$, не существует. Формула $SiO_2$ является эмпирической (простейшей) и показывает лишь соотношение атомов кремния и кислорода (1:2) в огромной кристаллической структуре оксида кремния. Вещество $SiO_2$ представляет собой единую гигантскую макромолекулу (полимер) состава $(SiO_2)_n$.

Однако стоит отметить, что изолированные молекулы $SiO_2$ могут быть получены и зафиксированы в экстремальных условиях, например, в газовой фазе при очень высоких температурах (свыше 2000 °C) или методом матричной изоляции, но они крайне нестабильны.

Ответ: В обычных условиях оксид кремния(IV) не существует в виде отдельных молекул $SiO_2$. Его формула отражает стехиометрический состав атомной кристаллической решётки.