Кремний и его соединения в строительстве

Особенности электронного строения атома кремния

Кремний находится в подгруппе IVA периодической системы Д. И. Менделеева. На внешнем электронном слое атома кремния находятся четыре электрона: s²p², из которых р-электроны неспаренные. В возбужденном состоянии электроны внешнего слоя приобретают конфигурацию s’p³. т. е. все четыре электрона оказываются неспаренными.

При образовании связей с кислородом в соответствии с теорией гибридизации атомных орбиталей sи р-электроны выравниваются по форме и энергии, образуя четыре равноценные 5р³-гибридные орбитали, образуя тетраэдр (рис. 4.1). Таким образом, основа всех силикатов — правильный тетраэдр [Si0₄]^4-

Рис. 4.1. Гибридизация атомных орбиталей кремния

Нахождение кремния в природе

Природный кремний состоит из трех стабильных изотопов: ²⁸Si 92,27%; ²⁹Si 4,68%; ³⁰Si 3,05%. По распространению на Земле кремний занимает второе место после кислорода (около 27% литосферы).

В свободном состоянии кремний в природе не встречается, но широко распространены соли кремниевых кислот — силикаты, образующие многие минералы (полевой шпат NaAlSi₃0₈, слюда K₂0−3Al₂0₃-6Si0₂-2H₂0, асбест CaO3Mg0−4Si0₂) и горные породы (гранит, базальт, гнейс).

Наиболее широко распространен в природе кремнезем — оксид кремния (IV). Он имеет состав (Si0₂)" и представляет собой полимер:

Оксид кремния (1У) существует в виде различных форм: кристаллической, аморфной, стеклообразной.

Наиболее распространенной кристаллической формой кремния является кварц. Кристаллы кварца прозрачны, бесцветны (горный хрусталь) или окрашены примесями в различные цвета (аметист, агат, яшма).

Аморфный оксид кремния встречается в виде минерала опала; искусственно получают силикагель, состоящий из коллоидных частиц оксида кремния и являющийся очень хорошим адсорбентом.

Стеклообразный оксид кремния известен как кварцевое стекло. Оксиду кремния (IV) соответствует ряд кислот, состав которых выражают схематической формулой xSi0₂-.yH₂0.