Номер 2, страница 62, часть 2 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

2. Назовите сходства и различия между кристаллической решеткой оксида кремния и карбидом кремния.

Решение

Оксид кремния ($SiO_2$) и карбид кремния ($SiC$) являются веществами с атомной кристаллической решеткой. Это означает, что в узлах их решеток находятся атомы, соединенные между собой прочными ковалентными связями. Такое строение определяет как их сходства, так и различия.

Сходства

1. Тип кристаллической решетки. Оба вещества имеют атомную кристаллическую решетку. Это главный общий признак, который обуславливает их схожие физические свойства.

2. Координация атома кремния. В кристаллических структурах и оксида кремния, и карбида кремния каждый атом кремния находится в центре тетраэдра и связан с четырьмя другими атомами.

3. Физические свойства. Как следствие атомного типа решетки, оба соединения:

- обладают высокой твердостью (оба используются как абразивные материалы);

- являются тугоплавкими (температура плавления $SiO_2$ (кварц) ~1723 o C, а $SiC$ сублимирует при ~2700 o C);

- химически инертны и нерастворимы в воде и большинстве растворителей;

- в чистом виде являются диэлектриками или широкозонными полупроводниками.

Различия

1. Химический состав и стехиометрия. Оксид кремния состоит из атомов кремния и кислорода (формула $SiO_2$, соотношение $Si:o = 1:2$). Карбид кремния состоит из атомов кремния и углерода (формула $SiC$, соотношение $Si:C = 1:1$).

2. Строение структурной единицы. В решетке $SiO_2$ (например, кварца) каждый атом кремния связан с четырьмя атомами кислорода, но каждый атом кислорода служит "мостиком" между двумя атомами кремния. Таким образом, тетраэдры $[SiO_4]$ соединяются друг с другом только через общие вершины (атомы кислорода). В решетке $SiC$ каждый атом кремния связан с четырьмя атомами углерода, и, в свою очередь, каждый атом углерода связан с четырьмя атомами кремния. Это образует более плотную и симметричную структуру, аналогичную структуре алмаза.

3. Характер химической связи. Связь $Si-O$ в оксиде кремния является сильно полярной ковалентной из-за большой разницы в электроотрицательности атомов ($\text{O}$ - 3.44, $Si$ - 1.90). Связь $Si-C$ в карбиде кремния менее полярна, так как разница в электроотрицательности меньше ($\text{C}$ - 2.55, $Si$ - 1.90). Это означает, что связь $Si-O$ имеет больший ионный характер, чем связь $Si-C$.

4. Кристаллографические модификации. Для $SiO_2$ характерен полиморфизм — существование различных кристаллических структур (кварц, кристобалит, тридимит), которые отличаются способом соединения тетраэдров $[SiO_4]$. Для $SiC$ характерен политипизм — способность образовывать структуры, которые отличаются только порядком укладки идентичных атомных слоев (например, 3C-, 4H-, 6H-SiC).

Ответ: Сходства между кристаллическими решетками оксида кремния и карбида кремния заключаются в их атомном типе, тетраэдрической координации атомов кремния и, как следствие, в схожих физических свойствах (высокая твердость и тугоплавкость). Различия обусловлены разным химическим составом (атомы $\text{O}$ в $SiO_2$ и $\text{C}$ в $SiC$), что приводит к разной стехиометрии ($1:2$ против $1:1$), различному способу соединения структурных тетраэдров, разной полярности химических связей ($Si-O$ более полярна, чем $Si-C$) и различным типам кристаллических модификаций (полиморфизм у $SiO_2$ и политипизм у $SiC$).